Ученые выяснили, как клетки реагируют на механическую силу
Многие аспекты поведения клеток зависят от механической силы, но как отдельные клетки реагируют на эти силы, было неясно. Исследователи при поддержке ЕС пролили свет на взаимосвязь между сигналами, влияющими на поведение клеток, и их физическими свойствами. Результаты опубликованы в журнале Nature Cell Biology.
Биологи и физики под руководством Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл (UNC-Chapel Hill, США) обнаружили, что приложение механической силы к клеткам активирует белки Rho-GEF через различные сигнальные пути. По словам ученых, эти Rho-белки относятся к суперсемейству Ras — классу белков, связанных с раковой активностью. Команда прикладывала силу к клеткам с помощью магнитов и магнитных частиц, что создавало внеклеточное натяжение.
«Приложение силы к интегринам запускает перестройку цитоскелета и рост связанного адгезионного комплекса, что приводит к увеличению жесткости клетки, также известному как усиление. Хотя было показано, что RhoA играет роль в этом процессе, молекулярные механизмы, регулирующие его активность, оставались неизвестными. Комбинируя биохимические и биофизические подходы, мы идентифицировали два фактора обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) — LARG и GEF-H1 — как ключевые молекулы, регулирующие клеточную адаптацию к силе. Мы показываем, что стимуляция интегринов силой натяжения запускает активацию этих двух GEF и их рекрутинг в адгезионные комплексы».
Старший автор исследования, профессор Кит Барридж, исследователь клеточной и развивающей биологии в UNC-Chapel Hill, прокомментировал успех работы: «Этот эксперимент стал возможен только благодаря тому, что мы смогли объединить команду физиков и клеточных биологов. Это очень захватывающе, потому что мы определили весь путь — от натяжения, воздействующего на клетку, до белков, которые, в свою очередь, активируют другие белки, чья гиперактивность, как мы знаем, связана с раком».
Предыдущие исследования постулировали, что механическое окружение клеток влияет на их рост и свойства. Например, клетки солидных опухолей обычно имеют измененную жесткость. Другие исследования показали, что прогноз ухудшается, когда внеклеточный матрикс становится жестче. Ученые также доказали, что жесткие опухоли высвобождают большее количество клеток, которые, в свою очередь, покидают первичный очаг опухоли, что потенциально повышает риск распространения рака через метастазы.
«Существовала гипотеза, что жесткость клеток и натяжение создают порочный круг, ведущий к усиленному росту, большей плотности клеток, большему натяжению и увеличению опухолей», — объясняет профессор Барридж.
Он также отметил, что финансирование, включая грант от University Cancer Research Fund в США, дало команде необходимую поддержку для получения результатов. Исследователи планируют дальнейшую работу по этой теме, чтобы лучше понять связь между сигналами, влияющими как на поведение, так и на физические свойства клеток.