Ученые обнаружили внутри клеток «ветры», которые помогают им двигаться и заживлять ткани
Ученые сравнивают такие потоки с атмосферными реками или «внутриклеточными пассатами». По их данным, клетка способна буквально сжиматься сзади и направлять вещество вперед, создавая эффективную систему доставки.
Источник: OHSU/Christine Torres Hicks
МОСКВА, 31 марта. /Новости науки/. Исследователи из Орегонского университета здоровья и науки обнаружили внутри живых клеток ранее неизвестную систему направленных потоков жидкости, которая помогает быстро переносить важные белки к переднему краю клетки — туда, где начинается движение, заживление тканей и перестройка формы. Это открытие меняет представления о том, как клетки перемещаются, а также может помочь в изучении распространения рака, иммунных реакций и восстановления ран, сообщила пресс-служба университета.
«Мы поняли, что схемы из учебников упускают огромную часть картины. Внутри клетки должен существовать какой-то поток, который проталкивает вещества вперед. Клетки действительно “плывут по течению”», — приводятся в сообщении слова соавтора работы, доцента кафедры биомедицинской инженерии OHSU Джеймса Гэлбрейта.
Как отмечают ученые, десятилетиями считалось, что свободно плавающие белки внутри клетки добираются до нужного места в основном за счет диффузии — то есть случайного блуждания. Новая работа показала, что клетка не полагается только на случай.
Исследователи установили, что она способна создавать направленные потоки внутриклеточной жидкости, которые быстро подталкивают ключевые белки к переднему краю. Именно там клетка образует выступы, цепляется за поверхность и начинает движение.
Открытие было сделано неожиданно. По словам соавтора работы Кэтрин Гэлбрейт, все началось несколько лет назад во время учебного эксперимента на курсе нейробиологии в Морской биологической лаборатории в Массачусетсе.
Ученые использовали лазер, чтобы сделать белки невидимыми в полосе на задней части живой клетки — это стандартный прием для изучения того, как вещества перемещаются внутри нее. Но вместо ожидаемого результата исследователи увидели дополнительную темную линию у переднего края клетки.
Позже стало ясно, что это след волны растворимого актина — одного из главных белков, участвующих в движении клетки, — которую быстро уносит вперед внутриклеточный поток. До сих пор считалось, что актин в основном попадает туда случайным образом.
Для дальнейшего изучения этого явления команда разработала собственные методы визуализации. Вместо того чтобы гасить свечение в выбранной точке, исследователи, напротив, активировали там флуоресценцию и затем наблюдали, как меченые молекулы перемещаются дальше.
Один из ключевых экспериментов они назвали FLOP — Fluorescence Leaving the Original Point, то есть «флуоресценция, покидающая исходную точку». Именно этот подход позволил увидеть движение белков внутри клетки как направленный поток, а не как хаотическое рассеивание.
Ученые сравнивают такие потоки с атмосферными реками или «внутриклеточными пассатами». По их данным, клетка способна буквально сжиматься сзади и направлять вещество вперед, создавая эффективную систему доставки.
«Если сжать половину губки, вода пойдет только через эту половину. По сути, именно это и делает клетка», — пояснил Гэлбрейт.
Исследователи также показали, что эти потоки существуют внутри особого функционального отсека у переднего края клетки. Он отделен от остального содержимого клетки своеобразным барьером из актино-миозинового конденсата, который действует как физическая стенка и направляет движение вещества именно туда, где клетка продвигается вперед.
По словам ученых, этот механизм важен не только для нормального движения клеток, но и для понимания того, почему некоторые опухолевые клетки перемещаются особенно агрессивно.
«Мы знаем, что высокоинвазивные клетки используют очень эффективный механизм, чтобы быстро и точно доставлять белки туда, где они нужны на переднем крае», — отметил Джеймс Гэлбрейт.
Исследователи полагают, что понимание различий между обычными и раковыми клетками в работе этой системы может в будущем помочь создать новые методы терапии, направленные на блокировку миграции опухоли.
Работа объединила специалистов в области инженерии, физики, микроскопии и клеточной биологии. Ключевую роль сыграли передовые методы визуализации, включая iPALM — технологию сверхвысокого разрешения, которая позволила буквально увидеть эти внутриклеточные отсеки.
По мнению авторов, открытая ими структура представляет собой своего рода «псевдоорганеллу» — функциональный компартмент без мембраны, который тем не менее сильно влияет на поведение клетки.
Ученые считают, что результаты исследования открывают новые направления в изучении рака, адресной доставки лекарств, регенерации тканей и синтетической биологии.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
«Мы поняли, что схемы из учебников упускают огромную часть картины. Внутри клетки должен существовать какой-то поток, который проталкивает вещества вперед. Клетки действительно “плывут по течению”», — приводятся в сообщении слова соавтора работы, доцента кафедры биомедицинской инженерии OHSU Джеймса Гэлбрейта.
Как отмечают ученые, десятилетиями считалось, что свободно плавающие белки внутри клетки добираются до нужного места в основном за счет диффузии — то есть случайного блуждания. Новая работа показала, что клетка не полагается только на случай.
Исследователи установили, что она способна создавать направленные потоки внутриклеточной жидкости, которые быстро подталкивают ключевые белки к переднему краю. Именно там клетка образует выступы, цепляется за поверхность и начинает движение.
Открытие было сделано неожиданно. По словам соавтора работы Кэтрин Гэлбрейт, все началось несколько лет назад во время учебного эксперимента на курсе нейробиологии в Морской биологической лаборатории в Массачусетсе.
Ученые использовали лазер, чтобы сделать белки невидимыми в полосе на задней части живой клетки — это стандартный прием для изучения того, как вещества перемещаются внутри нее. Но вместо ожидаемого результата исследователи увидели дополнительную темную линию у переднего края клетки.
Позже стало ясно, что это след волны растворимого актина — одного из главных белков, участвующих в движении клетки, — которую быстро уносит вперед внутриклеточный поток. До сих пор считалось, что актин в основном попадает туда случайным образом.
Для дальнейшего изучения этого явления команда разработала собственные методы визуализации. Вместо того чтобы гасить свечение в выбранной точке, исследователи, напротив, активировали там флуоресценцию и затем наблюдали, как меченые молекулы перемещаются дальше.
Один из ключевых экспериментов они назвали FLOP — Fluorescence Leaving the Original Point, то есть «флуоресценция, покидающая исходную точку». Именно этот подход позволил увидеть движение белков внутри клетки как направленный поток, а не как хаотическое рассеивание.
Ученые сравнивают такие потоки с атмосферными реками или «внутриклеточными пассатами». По их данным, клетка способна буквально сжиматься сзади и направлять вещество вперед, создавая эффективную систему доставки.
«Если сжать половину губки, вода пойдет только через эту половину. По сути, именно это и делает клетка», — пояснил Гэлбрейт.
Исследователи также показали, что эти потоки существуют внутри особого функционального отсека у переднего края клетки. Он отделен от остального содержимого клетки своеобразным барьером из актино-миозинового конденсата, который действует как физическая стенка и направляет движение вещества именно туда, где клетка продвигается вперед.
По словам ученых, этот механизм важен не только для нормального движения клеток, но и для понимания того, почему некоторые опухолевые клетки перемещаются особенно агрессивно.
«Мы знаем, что высокоинвазивные клетки используют очень эффективный механизм, чтобы быстро и точно доставлять белки туда, где они нужны на переднем крае», — отметил Джеймс Гэлбрейт.
Исследователи полагают, что понимание различий между обычными и раковыми клетками в работе этой системы может в будущем помочь создать новые методы терапии, направленные на блокировку миграции опухоли.
Работа объединила специалистов в области инженерии, физики, микроскопии и клеточной биологии. Ключевую роль сыграли передовые методы визуализации, включая iPALM — технологию сверхвысокого разрешения, которая позволила буквально увидеть эти внутриклеточные отсеки.
По мнению авторов, открытая ими структура представляет собой своего рода «псевдоорганеллу» — функциональный компартмент без мембраны, который тем не менее сильно влияет на поведение клетки.
Ученые считают, что результаты исследования открывают новые направления в изучении рака, адресной доставки лекарств, регенерации тканей и синтетической биологии.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
