Клетки по-разному реагируют на раны разной формы в ткани
Эпителиальные клетки кожи, окружающие рану, согласованно движутся, чтобы закрыть образовавшуюся щель. Границы таких щелей могут иметь разную кривизну — быть выпуклыми или вогнутыми. Клетки на выпуклых краях образуют крупные мембранные выросты и «ползут» в пустое пространство. На вогнутых краях слой клеток сокращается, стягивая края раны.
Хотя эти режимы движения были известны, оставалось неясным, как клетки запускают столь разные ответы на микроскопическую кривизну края раны.
Исследование, проведённое в лаборатории Тамала Даса в TIFR Hyderabad и опубликованное в Nature Cell Biology, показало, что крупнейшая внутриклеточная органелла — эндоплазматический ретикулум (ЭР) — чувствует кривизну раны и радикально меняет свою структуру в ответ:
- На выпуклой поверхности ЭР становится трубчатым.
- На вогнутой поверхности ЭР уплощается в листовидные структуры.
Эта разница в морфологии ЭР играет ключевую роль в выборе способа движения клетки для закрытия раны.
Морфология ЭР влияет на движение клеток
Исследователи изучили изменения в структуре органелл (лизосомы, аппарат Гольджи, ЭР, митохондрии) в ответ на щели разной геометрии. Наиболее drastic изменения показал именно ЭР.
Эксперимент показал, что если искусственно изменить уплощённую структуру ЭР на вогнутом крае на трубчатую, клетки меняют режим миграции: вместо сокращения они начинают «ползти» в пустоту.
Перестройка ЭР зависит от динамики двух основных цитоскелетных сетей — актина и микротрубочек. При этом на выпуклых краях для образования трубчатого ЭР более важны микротрубочки.
Математическое моделирование помогло количественно оценить напряжение (strain) в клетке при миграции к щели разной кривизны. Оказалось, что изменённые структуры ЭР на выпуклых и вогнутых поверхностях помогают клетке снизить энергию напряжения во время выпячивания и сокращения.
ЭР: возможное звено между механическими сигналами и биохимией?
ЭР динамически пронизывает всю клетку от ядерной мембраны до периферии как единое целое. Поэтому серьёзные изменения в его структуре могут создавать механические силы или запускать сигнальные каскады по всей клетке.
Это исследование указывает, что ЭР является потенциальным механотрансдьюсером — связующим звеном между механическим стимулом (геометрией раны) и биохимическими изменениями в клетке, регулируя её общий ответ.
«Цитоскелет давно признан главным сенсором механических сигналов. Было fascinating обнаружить, что мембранные органеллы, такие как ЭР, известные своей ролью в синтезе белка и передаче сигналов кальция, также реагируют на механические сигналы и реорганизуются», — поясняет Симран Равал.
В то время как большинство исследований заживления ран сосредоточено на биохимических сигналах, эта работа выявляет нового неожиданного игрока — физическую форму самой раны.
«Эта работа — часть наших усилий по раскрытию неожиданных ролей органелл в поведении тканей. Открытие Симран, что ЭР может чувствовать геометрию раны и влиять на движение клеток, открывает много exciting вопросов», — говорит Тамал Дас.
Теперь учёные задаются вопросами: может ли ЭР или другие органеллы направлять формирование тканей в эмбрионе? Задействованы ли похожие механизмы в регенерации органов? Какие ещё органеллы выполняют подобные неизвестные функции?