Клеточное движение без миозина: новый механизм подвижности бросает вызов догме

Физики из Университетов Байройта и Гренобля открыли новый механизм подвижности клеток. Их результаты бросают вызов классической догме о том, что молекулярный мотор миозин необходим для движения клеток млекопитающих.

Это открывает путь для новых стратегий контроля клеточного движения с потенциальными последствиями для лечения заболеваний. Результаты опубликованы в Physical Review Letters.

Движение клеток в организме человека — клеточная миграция — критически важно для иммунных клеток. Эти клетки должны быстро и гибко перемещаться в разных средах, чтобы выполнять свою роль в иммунной системе. Например, лейкоциты циркулируют по организму с кровотоком. При необходимости они покидают кровеносные сосуды и самостоятельно мигрируют через ткани к местам, где они требуются, например, для борьбы с вирусами.

Однако клеточная миграция может быть и вредной: раковые клетки могут мигрировать по организму, вторгаться в другие ткани и образовывать метастазы. Понимание клеточной миграции поэтому необходимо для разработки новых лекарств и стратегий лечения.

Среди различных типов клеток в организмах человека и других млекопитающих иммунные клетки характеризуются быстрым движением. Ключевые компоненты этих клеток — нитевидные белковые структуры, известные как актиновые филаменты, которые образуют сеть вдоль внутренней стороны клеточной мембраны. Эта сеть динамична и постоянно перестраивается, так как строительные блоки актина добавляются к концам филаментов или удаляются оттуда.

Согласно классической модели, для генерации клеточного движения также требуется молекулярный мотор миозин. Эти моторы сдвигают филаменты друг относительно друга и тем самым сокращают сеть в задней части клетки, создавая поток актиновых филаментов спереди назад. Этот поток позволяет клетке двигаться вперёд. Однако эксперименты, в которых активность миозина подавлялась биохимически, показали, что клетки также способны двигаться независимо от этого молекулярного мотора.

Теперь исследователи обнаружили механизм, с помощью которого клетки могут достигать этого миозин-независимого движения. Для этого они разработали модель, демонстрирующую, что добавление и удаление строительных блоков актина на филаментах достаточно для генерации клеточного движения — при условии, что этот процесс происходит достаточно быстро.

Выше этого критического порога скорости распределение актиновых филаментов внутри изначально сферической клетки меняется, что приводит к формированию передней и задней части, различающихся по натяжению: в передней части клетки, где филаменты лежат менее плотно под мембраной, возникают большие натяжения, чем в задней, где на той же площади присутствует больше филаментов.

Эта разница заставляет дополнительные актиновые филаменты течь спереди назад, запуская самоподдерживающийся цикл. В итоге возникает поток актина — и, следовательно, движение клетки — даже в отсутствие молекулярных моторов.