Клетки в движении
Клетки в движении вытягивают вперед ламеллиподии и филоподии — цитоплазматические выросты, поддерживаемые разветвленной сетью или плотными пучками актиновых филаментов. Исследователи из Института медицинских исследований Стоуэрс сообщают в онлайн-выпуске Journal of Cell Biology от 9 апреля 2012 года, что клетки без функциональных ламеллиподий остаются высокоподвижными, но теряют способность двигаться целенаправленно.
Их исследование дает новое представление о подвижности клеток — сложном и интегрированном процессе, нарушения которого могут привести к различным заболеваниям, таким как метастазирование рака, врожденные дефекты, сердечно-сосудистые заболевания и нарушение иммунной функции.
Многие типы клеток мигрируют через окружающие ткани: нервные клетки, достигающие конечной цели; иммунные клетки, выслеживающие патогены; фибробласты, закрывающие раны; и раковые клетки, покинувшие первичную опухоль. Все они используют актиновые филаменты для продвижения вперед, постоянно ремоделируя свой актиновый цитоскелет.
«Наша работа демонстрирует, что фактор полимеризации актина, известный как комплекс Arp2/3, играет критическую роль в формировании дендритного массива актиновых волокон, который образует структурную основу ламеллиподий и помогает продвигать ведущий край клетки вперед», — говорит руководитель исследования Ронг Ли, доктор философии.
Комплекс Arp2/3, локализующийся в ламеллиподиях, как полагали, помогает строить сеть актиновых филаментов, формирующую ламеллиподии, инициируя процесс ветвления. «Но было неясно, действительно ли Arp2/3 необходим для образования ламеллиподий и как это повлияет на подвижность клеток», — объясняет Ли.
В отличие от предыдущих исследований, в основном полагавшихся на РНК-интерференцию для снижения концентрации функционального комплекса Arp2/3 и пришедших к противоречивым выводам, Ли и ее команда выбрали генетическое нарушение комплекса Arp2/3 для определения его функции в подвижности фибробластов.
«Наше исследование первое, в котором для изучения функции Arp2/3 в подвижности фибробластов использованы мыши-нокауты и дифференцированные эмбриональные стволовые клетки мыши», — говорит ведущий автор, постдокторант Правин Суранени, доктор философии.
Исследователи получили эмбриональные стволовые (ES) клетки мышей, лишенных гена, кодирующего субъединицу ARPC3 комплекса Arp2/3, и контрольных мышей, и дифференцировали их в фибробласты. Наблюдения показали, что контрольные фибробласты имели гладкие края, похожие на ламеллиподии, в то время как мутантные клетки не демонстрировали широких, похожих на вуаль выростов. Вместо этого они образовывали шиповидные выросты, содержащие параллельные пучки актина, характерные для филоподий.
В тесте на заживление «раны» (клеточного зазора) ARPC-/- клетки показали значительную задержку в его закрытии. Видеосъемка показала, что мутантные клетки двигались примерно с той же скоростью, что и их нормальные аналоги. Однако выяснилось, что ARPC-/- фибробласты имеют дефект устойчивого направленного движения — они быстро двигались, но не продвигались к цели.
Хемотаксический тест с градиентом эпидермального фактора роста подтвердил, что мутантные фибробласты неспособны двигаться по прямой линии даже в присутствии стабильного направленного сигнала. «Это позволяет предположить, что опосредованное комплексом Arp2/3 образование ламеллиподий может быть особенно благоприятным для процессов миграции клеток, требующих сильной направленной устойчивости», — говорит Суранени.
Теперь команда Ли планирует изучить различные типы клеток, полученные из ARPC+/+ и ARPC-/- эмбриональных стволовых клеток мыши. «Разные типы клеток двигаются с разной скоростью и реагируют на разные сигналы. Мы надеемся узнать больше о механизмах, управляющих подвижностью клеток в разных контекстах, и о том, существует ли единая, консервативная система, общая для всех», — объясняет Ли.