Механика клеток оказалась сложнее, чем считалось ранее

Механика клеток значительно сложнее, чем предполагалось ранее, и может влиять на клеточные структуры на различных уровнях. К такому выводу пришла международная исследовательская группа из ETH Zurich и Университета Тампере, включая постдока Академии Финляндии Тему Ихалайнена. Результаты опубликованы в онлайн-журнале Nature Materials.

Ключевое открытие: Впервые обнаружено, что цитоскелетное напряжение, передаваемое на ядро клетки, вызывает изменения в структурной организации внутренней выстилки ядерной оболочки (ядерной ламины). Эти структуры связывают генетический материал — хроматин, что позволяет механическим сигналам напрямую влиять на структуру хроматина и считывание генов.

"Если представить клетку как палатку, а растяжки, которые её удерживают, — как цитоскелет, то, согласно нашим наблюдениям, дёргание за растяжки изменит порядок предметов в рюкзаке, лежащем в центре палатки. Мы также обнаружили, что ядерная ламина разделена на две структурно разные части: верхнюю и нижнюю", — поясняет Тему Ихалайнен.

Методология: Проект изначально был междисциплинарным, сочетая клеточную и молекулярную биологию с исследованиями биоматериалов. Использовались различные биоматериалы для манипуляции механикой, натяжением и геометрией клеток:

• Мягкие субстраты для роста (гидрогели).
• Микроостровки, заставляющие клетки принимать разную форму.
• Механическое воздействие мягкими гелевыми подушками.

Все методы сочетались с конфокальной микроскопией высокого разрешения для получения точных данных о клеточных структурах и функционировании ядра.

Контекст и значение: Ранее считалось, что клетки ощущают силы в основном вблизи клеточной мембраны, в точках прикрепления к окружающей среде. Данное исследование показывает, насколько глубоко внутрь клетки может проникать это "ощущение", достигая ядра.

Клетки генерируют механические силы с помощью цитоскелета. Эти силы могут передаваться напрямую от клетки к клетке или опосредованно через внеклеточный матрикс. Механические сигналы влияют на функции клеток, включая дифференцировку стволовых клеток, развитие эмбрионов и возникновение рака.

"Мы пока не понимаем деталей процесса, известного как механотрансдукция; например, механизм, с помощью которого механическая сила влияет на считывание генов, остаётся неизвестным. Подробное понимание этого процесса значительно облегчило бы разработку биоматериалов и их применение в технологиях стволовых клеток", — отмечает Ихалайнен.

Опубликованная работа вносит вклад в это понимание.