Коллагеновые волокна способствуют клеточному потоку через баланс агрессивности и кооперации

Коллаген — самый распространенный белок у млекопитающих, из него состоят кожа, кости, сухожилия и другие мягкие ткани. Его волокнистая структура помогает клеткам перемещаться по организму, но до сих пор было неясно, как длина волокон влияет на движение клеток в группах.

Команда под руководством Амита Патака, инженера-механика из Инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе, обнаружила, что длина коллагеновых волокон в организме может быть ключевым упускаемым из виду параметром, который некоторые нормальные клетки используют для приобретения инвазивных свойств. Результаты исследования были опубликованы 26 сентября в Journal of Cell Science.

Клетки перемещаются для формирования органов в процессе развития, для заживления ран и при метастазировании из раковых опухолей. Обычно движение клеток замедляется в мягкой среде (аналогично тому, как застреваешь в грязи) и ускоряется в жёсткой среде (как мяч, катящийся по натёртому полу).

Готовясь к экспериментам по движению клеток в коллагене, команда Патака, специализирующаяся на механобиологии, обнаружила, что существующие субстраты не поддерживают формирование волокон. Команда создала новые гидрогели с более реалистичной волокнистой структурой, что позволило легче изменять длину волокон. Результаты оказались неожиданными.

«Первое удивительное, что мы увидели, — это то, что некоторые группы клеток покидали свою колонию в форме узких потоков, держась друг за друга», — сказал Патак. — «Мы ожидали, что клетки будут мигрировать быстрее в этом новом жёстком субстрате и активнее покидать колонию, как мы видим в организме. Мы увидели часть этого, но даже в мягких субстратах, где движение должно было быть медленным, оно было быстрым. Они "вытекали" из колонии эффективнее, чем на жёстком субстрате».

Команда изучила этот феномен глубже и обнаружила, что более длинные коллагеновые волокна в мягком материале помогали клеткам покидать колонию, одновременно удлиняя сами клетки, что поддерживало их коллективную миграцию.

«У нас есть это коллективное движение, и в то же время длина коллагеновых волокон достаточно удлиняет клетки, чтобы способствовать такому потоку», — пояснил Патак. — «Если мы уберём длину волокон, они не удлиняются и не мигрируют. С другой стороны, если сделать субстрат слишком жёстким, это нарушает хрупкий баланс, делая клетки настолько агрессивными, что кооперативность исчезает».

Ранее исследователи полагали, что очень жёсткая раковая опухоль становится инвазивной. Однако команда Патака обнаружила, что если структура коллагеновых волокон оптимальна, то даже мягкая опухоль может стать инвазивной.

«Мы обнаружили этот тонкий баланс: клетки должны обладать некоторой агрессивностью, чтобы двигаться наружу, и в то же время они должны оставаться кооперативными», — резюмировал Патак. — «В противном случае, без агрессивного движения или кооперации, коллективный поток распадётся».