Расшифровка истоков клеточного поведения

Исследователи из Института механобиологии Национального университета Сингапура добились значительного прогресса в понимании клеточной биологии, представив доказательства того, что присущая молекулярным структурам «хиральность» (или «рукость») направляет поведение отдельных клеток и наделяет их способностью чувствовать разницу между левым и правым. Работа опубликована в Nature Cell Biology.

Принятие решений клеткой

Способность клеток специализироваться традиционно связывали с их генетическим кодом. Однако становится ясно, что «клеточные решения» принимаются динамически, на основе информации от клеточных «органов чувств».

Клетки обладают сенсорными структурами, позволяющими обнаруживать различные стимулы окружающей среды, включая механическую силу. Одним из ключевых ответов на такие стимулы является изменение формы клетки.

За клеточное «осязание» отвечают такие структуры, как цитоскелет. Эта динамичная сеть молекулярных филаментов не только обеспечивает структурную поддержку, но и генерирует внутренние силы, управляющие изменением формы и движением. Процессы роста, сокращения и реорганизации этих филаментов известны как «динамика цитоскелета».

Чтобы понять, как динамика цитоскелета направляет поведение клеток, исследователи под руководством профессора Александра Бершадского и доктора Ти Йи Хана наблюдали за цитоскелетом в клетках, ограниченных на маленькой круглой площади с помощью техники «микропаттернинга». Это предотвращало изменение формы клеток, позволяя беспрепятственно изучать динамику цитоскелета.

Неожиданное открытие

Исследователи обнаружили выраженную лево-правую асимметрию в организации цитоскелета. Эта асимметрия, проявлявшаяся как водоворот с движением филаментов против часовой стрелки внутри клетки, оказалась следствием присущего отдельным актиновым филаментам спирального закручивания.

Этот винтовой поворот возникает естественным образом, когда отдельные белки актина соединяются, образуя длинные актиновые кабели. Это простое свойство имеет глубокие последствия: оно предполагает, что асимметрия отдельной белковой молекулы передаётся асимметричному поведению целой клетки. Это аналогично тому, как направление резьбы винта определяет функцию механизма, в котором он используется.

Способность клеток различать левое и правое продолжает удивлять учёных. Данное исследование показывает, что асимметрия, заложенная в молекулярных структурах, может определять поведение целых клеток, что даёт новое представление о способности клеток «принимать решения» на основе механических свойств окружающей среды.

Эти открытия также поднимают интригующие вопросы: может ли тот же феномен влиять на формирование и функцию наших органов или даже на поведение организма? Действительно, относительно простые биологические системы, такие как клетки, выращенные на определённых паттернах, демонстрируют выраженную асимметрию в движении. С другой стороны, функция мозга и человеческое познание зависят от асимметричного поведения нервных клеток. Возможность того, что присущая молекулярным структурам асимметрия может определять поведение клетки, ткани или даже организма, без сомнения, будет стимулировать дальнейшие исследования в ближайшие годы.