Микротрубочки стабилизируют полярность миграции клеток за счет транспорта ингибиторных сигналов

Микротрубочки — компонент цитоскелета — участвуют в транспорте веществ внутри клетки, делении и формировании клеточной полярности. Однако их точная роль в поддержании полярности, необходимой для направленной миграции клеток, оставалась неясной.

Ученые из Университета Карнеги-Меллон обнаружили, что:

• Клетки на микроструктурированных полосках переходят от устойчивой миграции к выраженным колебаниям (осцилляциям) при деполимеризации микротрубочек.
• Положительная обратная связь в механизме LEGI (local-excitation-global-inhibition), обеспечивающем устойчивую миграцию, может превращаться в отрицательную, вызывая осцилляции.
• Микротрубочки обеспечивают транспорт и глобальное распределение ингибиторных сигналов.
• Тип обратной связи в системе управления (положительная или отрицательная) зависит от относительного положения возбуждающих и ингибиторных сигналов.

Ключевые выводы и механизм

Исследование показало, что микротрубочки нужны не для создания, а для поддержания клеточной полярности. При их деполимеризации клетка теряет способность удалять ингибиторные сигналы от ведущего края. Эти сигналы накапливаются, подавляют выступы (протрузии) и заставляют клетку развернуться, что в одномерном пространстве приводит к осцилляциям.

Экспериментальные и модельные подходы

• Для наблюдения эффекта потребовалось ограничить миграцию клеток линии RPE-1 до одномерной полоски.
• Компьютерная модель, созданная в лаборатории, учитывала не только схему LEGI, но и транспорт сигналов.
• Модель предсказала, что более длинные клетки должны колебаться с большим периодом, а ингибирование моторного белка динеина вызовет осцилляции, подобные тем, что возникают при разрушении микротрубочек. Оба предсказания были подтверждены экспериментально.

Значение и перспективы

• Понимание механизма контроля миграции важно для исследований в области тканевой инженерии и лечения рака (метастазирования).
• Элегантное переключение между типами обратной связи может быть использовано в биоинспирированной инженерии.
• Дальнейшие исследования будут направлены на выявление молекулярных механизмов (например, роль белка зиксина) и связи центросомы с системой LEGI.