Клетки общаются с помощью «волны»
Клетки работают круглосуточно, чтобы обеспечивать, поддерживать и контролировать все аспекты жизни. И, как и у людей, коммуникация является ключом к их успеху.
Каждый важный биологический процесс требует той или иной формы общения между клетками — не только с ближайшими соседями, но и с теми, кто находится значительно дальше. Считается, что этот обмен информацией происходит за счёт диффузии сигнальных молекул или с помощью клеточных реле.
В журнале Developmental Cell исследовательская группа Высшей школы медицины Киотского университета сообщила о новом методе коммуникации, основанном на «механо-химических» сигналах для контроля движения клеток. Учёные сосредоточились на фундаментальном пути — MAPK/ERK, или ERK-пути — и смогли показать, как движение одной клетки может запустить каскадную реакцию, приводящую к миграции клеточного коллектива.
«Механические и биохимические сигналы в клетках в основе контролируют всё: от гомеостаза и развития до болезней», — объясняет руководитель исследования Цуёси Хирашима.
«Из прошлых экспериментов мы знали, насколько важен ERK-путь в активности клеток, но механизм его распространения в группе клеток был неясен».
MAPK/ERK настолько фундаментален, что существует во всех клетках, контролируя широкий спектр действий — от роста и развития до запрограммированной гибели. Путь активируется, когда рецепторный белок на поверхности клетки связывается с сигнальной молекулой, запуская каскад белков и реакций, распространяющихся по внутренней среде клетки.
Используя метод визуализации в реальном времени, позволяющий увидеть активный ERK-путь в отдельной клетке, команда начала наблюдать за эффектами клеточного движения. Результат оказался неожиданным: когда клетка начинала вытягиваться, активность ERK увеличивалась, заставляя клетку сокращаться.
«Клетки плотно связаны и упакованы вместе, поэтому, когда одна начинает сокращаться из-за активации ERK, она подтягивает соседей», — поясняет Хирашима.
Это, в свою очередь, заставляло окружающие клетки вытягиваться, активируя их ERK, что приводило к сокращениям и своеобразной «перетягиванию каната», распространяющемуся на всю колонию.
«Ранее исследователи предполагали, что клетки вытягиваются при активации ERK, поэтому наши результаты стали полной неожиданностью».
Команда включила эти наблюдения в математическую модель, объединив механо-химические регуляции с количественными параметрами. Результаты моделирования продемонстрировали соответствие экспериментальным данным.
«Наша работа ясно показывает, что опосредованная ERK система механо-химической обратной связи генерирует сложные многоклеточные паттерны», — заключает Хирашима.
«Это заложит новую основу для понимания многих биологических процессов, включая восстановление тканей и метастазирование опухолей».