Щупальца, как у осьминога, помогают раковым клеткам распространяться в организме

Используя лучшие в мире «оптические пинцеты», исследователи из Копенгагенского университета пролили новый свет на фундаментальный механизм всех живых клеток, который помогает им исследовать окружающую среду и даже проникать в ткани. Это открытие может иметь значение для исследований рака, неврологических расстройств и многого другого.

С помощью щупалец, похожих на осьминожьи, клетка продвигается к своей цели — бактерии, как хищник, выслеживающий добычу. Эту сцену можно было бы наблюдать в программе о природе. Но на самом деле погоня наблюдается в наномасштабе под микроскопом в Институте Нильса Бора Копенгагенского университета. Запись показывает, как иммунная клетка человека преследует и затем поглощает бактерию.

В новом исследовании датские учёные расширили понимание того, как клетки используют похожие на щупальца выросты — филоподии — для перемещения в организме. Этот аспект движения клеток ранее не изучался. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

«Хотя у клетки нет глаз или обоняния, её поверхность оснащена ультратонкими филоподиями, напоминающими переплетённые щупальца осьминога. Они помогают клетке двигаться к бактерии и одновременно действуют как сенсорные усики, идентифицирующие бактерию как добычу», — объясняет доцент Поуль Мартин Бендикс, руководитель лаборатории экспериментальной биофизики Института Нильса Бора.

Открытие состоит не в том, что филоподии действуют как сенсорные устройства (это уже было известно), а в том, как они могут вращаться и вести себя механически, что помогает клетке двигаться, например, когда раковая клетка проникает в новую ткань.

«Очевидно, наши результаты интересны исследователям рака. Раковые клетки известны своей высокой инвазивностью. И разумно предположить, что они особенно зависят от эффективности своих филоподий в плане изучения окружения и облегчения распространения. Таким образом, можно представить, что, найдя способы подавления филоподий раковых клеток, можно затормозить рост рака», — говорит Поуль Мартин Бендикс.

По этой причине в команду, стоящую за открытием, входят исследователи из Исследовательского центра Датского онкологического общества. В частности, их интересует, может ли отключение производства определённых белков ингибировать транспортные механизмы, важные для филоподий раковых клеток.

Двигатель и резак клетки

Механическую функцию филоподий можно сравнить с резиновой лентой. В ненатянутом состоянии у неё нет силы. Но если её скрутить, она сжимается. Эта комбинация скручивания и сокращения помогает клетке двигаться направленно и делает филоподии очень гибкими.

«Они способны изгибаться — скручиваться, если хотите, — что позволяет им исследовать всё пространство вокруг клетки и даже проникать в окружающие ткани», — говорит ведущий автор Наташа Лейнсе.

Механизм, обнаруженный датскими исследователями, по-видимому, присутствует во всех живых клетках. Помимо раковых клеток, важно изучать роль филоподий и в других типах клеток, например, в эмбриональных стволовых клетках и клетках мозга, которые сильно зависят от филоподий в своём развитии.

Изучение клеток с лучшими в мире пинцетами

В проекте участвовала междисциплинарная группа Института Нильса Бора, где доцент Амин Дустмохаммади, чья группа моделирует биологически активные материалы, смоделировал поведение филоподий.

«Очень интересно, что Амин Дустмохаммади смог смоделировать механические движения, которые мы наблюдали под микроскопом, полностью независимо от химических и биологических деталей», — отмечает Поуль Мартин Бендикс.

Главная причина, по которой команде первой удалось описать механическое поведение филоподий, — уникальное оборудование Института Нильса Бора для таких экспериментов, а также опытные исследователи, работающие с оптическими пинцетами. Когда объект чрезвычайно мал, удержать его механически невозможно. Однако его можно удерживать и перемещать с помощью лазерного луча с длиной волны, точно настроенной на изучаемый объект. Это и называется оптическим пинцетом.

«В Институте Нильса Бора у нас одни из лучших в мире оптических пинцетов для биомеханических исследований. Эксперименты требуют использования нескольких оптических пинцетов и одновременного применения сверхточных методов микроскопии», — объясняет Поуль Мартин Бендикс.

Исследованием руководили Поуль Мартин Бендикс, доцент Наташа Лейнсе и технический специалист Института Нильса Бора Юнес Баруджи. Статья о клеточных филоподиях опубликована в Nature Communications.