Конкуренция за пространство: онкогенные мутантные клетки против нормальных

Клетки в многоклеточных тканях прилипают друг к другу. Эпителиальные ткани на поверхности кишечника и кожи упаковывают клетки в гексагональный (сотовый) узор, где каждая клетка плотно прилегает к шести соседним (Рис. 1). Всю ткань можно представить как сеть, и функция организма поддерживается сохранением целостности этой базовой адгезионной сети.

На начальной стадии прогрессии опухоли онкогенные мутантные клетки (предраковые клетки) и нормальные клетки конкурируют за пространство в адгезионной сети нормальных тканей. Однако механизм, позволяющий мутантным клеткам селективно занимать пространство, был непонятен. Предполагалось, что онкогенные клетки делятся быстрее нормальных, но это не было подтверждено.

Группа исследователей под руководством Коити Фудзимото из Университета Осаки проанализировала состояние онкогенных мутантных клеток в нормальных многоклеточных тканях на основе предсказаний компьютерного моделирования и экспериментальной проверки.

Вопреки ожиданиям, онкогенные мутантные клетки селективно расширяли свою площадь без деления после гибели нормальных клеток, занимая пространство, освободившееся в результате апоптоза (Рис. 2). Кроме того, онкогенные клетки расширялись за счёт перестройки сотового узора упаковки в пользу своего роста. После многократной гибели нормальных клеток и перестройки соседних клеток ткани, состоящие из нескольких сотен клеток, превращались в онкогенные мутантные клетки в течение нескольких часов (Рис. 3). Результаты опубликованы в Current Biology.

Ведущий автор исследования Алис Цубои отметила: "В симуляциях, использованных в этом исследовании, моделирование основано на аналогии формы между клетками многоклеточной ткани и мыльными пузырями (многоугольниками). Клетки и пузыри состоят из разных молекул, но они обладают общими физическими свойствами, такими как поверхностное натяжение. Внедряя биологические знания в симуляции, мы смогли предсказать новые явления и механизмы".

Достижения этой группы способствуют пониманию начальной стадии опухолевой прогрессии, когда онкогенные мутантные клетки распространяются в нормальных тканях и вызывают рак. Кроме того, исследования многоклеточных тканей на основе предсказаний с помощью комбинации компьютерного моделирования и экспериментальной проверки найдут широкое применение — от изучения нормального развития организмов до исследования механизмов болезней.