Перестройка клеточного скелета: малые молекулы на мембране клетки обеспечивают её движение

Клеточные биологи из Университета Джонса Хопкинса определили ключевые этапы того, как определённые молекулы изменяют форму клеточного скелета (цитоскелета) и запускают движение клетки.

Результаты их исследования, опубликованные в выпуске Science Signaling от 13 декабря, важны для понимания того, что запускает метастатическое распространение раковых клеток и заживление ран.

"По сути, мы выясняем, как клетки ползают", — говорит Таканари Иноуэ, доктор философии. Их новое открытие подчёркивает роль цитоскелета в ситуациях, когда "изменение формы" может быстро изменить движение и функцию клетки в ответ на различные условия окружающей среды.

Когда клетки, такие как фибробласты (собирающиеся для заживления ран), перемещаются, их цитоскелет образует волнообразные складки (ruffles) на поверхности, которые движутся к переднему краю клетки и вниз, помогая тянуть клетку по поверхности. Исследования показали, что эти складки формируются, когда малая молекула PIP₂ появляется на внутренней поверхности мембраны у переднего края клетки. Однако до сих пор не удавалось воссоздать эти складки, просто направляя PIP₂ к переднему краю клетки. Вместо этого манипуляции приводили к образованию цитоскелетом совершенно других структур — "комет" (comets), зигзагообразных образований, которые проносятся внутри клетки, как падающие звёзды.

В своих экспериментах группа Иноуэ искала факторы, определяющие, формирует ли клетка складки или "кометы". Исследователи попытались создать складки, отправляя к клеточной мембране фермент, который превращает другую малую молекулу в PIP₂. Используя помеченные светящимся маркером строительные блоки цитоскелета, команда наблюдала в микроскоп за его сборкой и увидела, что этот подход вызывал образование "комет", а не ожидаемых складок.

Команда предположила, что "кометы" формируются из-за падения уровня другой малой молекулы PI4P, используемой для производства PIP₂.

Чтобы проверить эту идею, исследователи попытались создать складки на клетках, только увеличивая PIP₂ на мембране, не меняя количества других молекул. Используя молекулярные уловки, которые скрывали, а затем открывали существующий PIP₂, они эффективно увеличили количество доступного PIP₂ на мембране. На этот раз исследователи увидели складки.

"Теперь, когда мы выяснили эту часть того, как клетки создают складки, мы надеемся продолжить распутывать механизм движения клеток, чтобы когда-нибудь понять метастазирование", — говорит Иноуэ.

Дополнительными авторами исследования стали Тасуку Уэно и Кристофер Полмайер из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса и Бьёрн Фалкенбургер из Вашингтонского университета.