Как клетки выбирают направление движения без внешних сигналов

Международная исследовательская группа раскрыла принцип, по которому клетки автономно определяют направление своего движения без внешних стимулов. Это открытие может стать ключом к пониманию причин метастазирования рака и иммунных заболеваний.

Исследование, проведённое под руководством профессора Вон До Хео (KAIST) в сотрудничестве с командой профессора Кван-Хёна Чо (KAIST) и профессора Капсан Ли (Университет Джонса Хопкинса, США), опубликовано в журнале Nature Communications.

Новый метод визуализации: INSPECT

Учёные разработали новую технологию визуализации — INSPECT (INtracellular Separation of Protein Engineered Condensation Technique). Она позволяет напрямую наблюдать за взаимодействием белков внутри живых клеток, искусственно создавая феномен фазового разделения. При связывании белки формируют видимые кластеры («конденсаты»), подобные каплям, которые можно увидеть с помощью флуоресцентного сигнала (белок DsRed).

Роль белков Rho в выборе направления

С помощью INSPECT команда проанализировала 285 пар взаимодействий, комбинируя 15 типов белков семейства Rho (Rac1, Cdc42, RhoA) с 19 типами связывающих белков. Было подтверждено фактическое связывание в 139 парах.

Ключевые выводы:

• Прямое движение клетки определяется комбинацией белков Cdc42–FMNL.
• Смена направления контролируется комбинацией Rac1–ROCK.

Эксперимент с «сломанным рулём»

Исследователи слегка модифицировали часть белка Rac1 (37-ю аминокислоту), чтобы он плохо связывался с белком-«рулём» ROCK. В результате клетки (Rac1F37W) не могли менять направление и продолжали двигаться по прямой линии.

В нормальных клетках связка Rac1–ROCK формирует структуру «arc stress fiber» (арочное стресс-волокно) в передней части клетки, что позволяет ей совершать почти перпендикулярные повороты.

Адаптация к среде

В эксперименте с изменением поверхности, к которой прикреплены клетки, нормальные клетки регулировали скорость движения в зависимости от окружения. Клетки Rac1F37W сохраняли постоянную скорость, несмотря на изменения. Это показывает, что ось белков Rac–ROCK тонко контролирует способность клетки распознавать и адаптироваться к окружающей среде.

Значение исследования

Профессор Вон До Хео отметил: «Это исследование показывает, что движение клеток — не случайный процесс, а точно контролируемая внутренняя программа, созданная ансамблем сигнальных белков Rho и белков, связанных с миграцией клеток».

Технология INSPECT — мощный инструмент для визуализации внутриклеточных белковых взаимодействий. Она может широко использоваться для раскрытия молекулярных механизмов различных жизненных явлений и заболеваний, таких как метастазирование рака и миграция нейронов.