Как клетки используют сигнальную молекулу для восприятия микроокружения

Новое исследование учёных из Каролинского института показывает, что локальная активность сигнальной молекулы Rac1 управляет циклами микроскопических выпячиваний и втягиваний клеточной мембраны. Клетка использует эти циклы для восприятия своего окружения, что, среди прочего, влияет на её способность к движению. Понимание клеточных и молекулярных механизмов, контролирующих движение клеток, может помочь в разработке лучшей диагностики и лечения различных заболеваний, например, рака.

Чтобы ощущать своё окружение, клетки используют циклы образования и втягивания микроскопических выпячиваний. Эта способность важна для поглощения питательных веществ и для направленного движения клетки. Клеточная подвижность критична для эмбрионального развития, восстановления тканей, а также при многих патологических состояниях, таких как распространение раковых клеток (метастазирование), воспаление и фиброз.

«Именно локальная активность сигнальной молекулы Rac1 парадоксальным образом контролирует как выпячивание, так и втягивание микроскопических клеточных мембран, переключаясь между активным и неактивным состоянием в разных фазах цикла», — говорит профессор Стаффан Стрёмблад, руководивший исследованием. — «Мы также впервые смогли показать, что Rac1 контролирует механические силы между клеткой и поверхностью, к которой она прикреплена».

Исследователи изучали живые клетки с помощью конфокальной микроскопии высокого разрешения:

• Измеряли локальную активность Rac1 в реальном времени с помощью флуоресцентного биосенсора.
• Одновременно измеряли силы тяги, которые клетки оказывают на поверхность прикрепления, с помощью «микроскопии сил тяги».
• Локально активировали или блокировали активность Rac1 в клетках с помощью лазера и оптогенетического зонда.
• Эффекты измеряли локально в мембранах клеток с помощью расширенного анализа изображений и статистической обработки.

Следующим шагом для группы будет изучение на молекулярном уровне того, как Rac1 управляет как выпячиванием, так и втягиванием локальных клеточных мембран, и как он контролирует силовой аппарат клетки.