Специализираното движение на клетките може да обясни развитието на рака и кистозната фиброза

Изследователи от Университета в Торонто, Университета Джон Хопкинс и Университета Вандербилт са открили, че някои клетки се движат изненадващо по-бързо в по-гъста течност – помислете за мед вместо вода или слуз за разлика от кръв – защото техните набраздени ръбове усещат вискозитета на тяхната среда и се адаптират, за да увеличат скоростта си.

Техните комбинирани резултати при ракови и фибробластни клетки – типът, който често създава белези в тъканите – предполагат, че вискозитетът на околната среда на клетката е важен фактор за заболяването и може да помогне да се обясни прогресията на тумора, белезите в засегнатите бели дробове, пълни със слуз от кистозна фиброза и процеса на зарастване на раните.

Проучването „Набраздяването на мембраната е механосензор на вискозитета на извънклетъчната течност“, публикувано наскоро в Nature Physics (Природна физика), хвърля нова светлина върху клетъчната среда, недостатъчно проучена област на изследване.

„Тази връзка между клетъчния вискозитет и прикрепването никога не е била демонстрирана преди“, казва Сергей Плотников, асистент в катедрата по клетъчна и системна биология във Факултета по изкуства и науки в Университета на Торонто и съавтор на изследването.„Открихме, че колкото по-дебела е заобикалящата среда, толкова по-силно клетките се придържат към субстрата и толкова по-бързо се движат – много приличащо на ходене по ледена повърхност с обувки, които имат шипове, в сравнение с обувки без никакво сцепление.“

Разбирането защо клетките се държат по този изненадващ начин е важно, тъй като раковите тумори създават вискозна среда, което означава, че разпространяващите се клетки могат да се преместят в тумори по-бързо от нераковите тъкани. Тъй като изследователите наблюдават, че раковите клетки се ускоряват в сгъстена среда, те стигат до заключението, че развитието на набраздени ръбове в раковите клетки може да допринесе за разпространението на рака в други части на тялото.

Насочването към реакцията на разпространение във фибробластите, от друга страна, може да намали увреждането на тъканите в пълните със слуз бели дробове, засегнати от кистозна фиброза. Тъй като набраздените фибробласти се движат бързо, те са първият тип клетки, които се придвижват през слузта към раната, като допринасят за образуването на белези отколкото на заздравяване. Тези резултати също могат да означават, че чрез промяна на вискозитета на белодробната слуз може да се контролира движението на клетките.

„Като показваме как клетките реагират на това, което е около тях, и като описваме физическите свойства на тази област, можем да научим какво влияе на тяхното поведение и евентуално как да му повлияем“, казва Ърнест Иу, докторант в Катедрата по клетъчна и системна биология във Факултета по изкуства и науки в Университета на Торонто и съавтор на изследването.

Плотников добавя: „Например, ако поставите течност, гъста като мед, в рана, клетките ще се придвижат по-дълбоко и по-бързо в нея, като по този начин ще я лекуват по-ефективно.“

Плотников и Иу използват усъвършенствани микроскопски техники за измерване на тягата, която клетките упражняват, за да се движат, и промените в структурните молекули вътре в клетките. Те сравняват раковите и фибробластните клетки, които имат набраздени ръбове, с клетки с гладки ръбове.Те установяват, че набраздените клетъчни ръбове усещат удебелената среда, предизвиквайки реакция, която позволява на клетката да се изтегли през резистентността – браздите се сплескват, разпръскват се и се захващат за околната повърхност.

Експериментът произхожда от Джон Хопкинс, където Юн Чен, асистент в катедрата по машинно инженерство и водещ автор на изследването, и Матю Питман, докторант и първи автор, за първи път изследват движението на раковите клетки. Питман създава вискозен полимерен разтвор, подобен на слуз, отлага го върху различни видове клетки и вижда, че раковите клетки се движат по-бързо от нераковите клетки, когато мигрират през гъстата течност. За да проучи допълнително това поведение, Чен си сътрудничи с Плотников от Университета на Торонто, който специализира в изтласкването и изтеглянето на клетъчното движение.

Плотников е удивен от промяната в скоростта, преминаваща в гъста, подобна на слуз течност. „Обикновено наблюдаваме бавни, фини промени под микроскоп, но можем да видим как клетките се движат два пъти по-бързо в реално време и се разпространяват до удвояване на първоначалния си размер“, казва той.

Обикновено движението на клетките зависи от миозиновите протеини, които помагат на мускулите да се свиват. Плотников и Иу разсъждаваха, че спирането на миозина ще попречи на клетките да се разпространяват, но са изненадани, когато доказателствата показват, че клетките все още се ускоряват въпреки това действие. Вместо това те откриват, че колоните от актиновия протеин вътре в клетката, който допринася за мускулната контракция, стават по-стабилни в отговор на гъстата течност, изтласквайки допълнително ръба на клетката.

Сега екипите проучват как да забавят движението на набразени клетки през удебелени среди, което може да отвори вратата за нови лечения за хора, засегнати от рак и кистозна фиброза.

Финансирането на изследването е осигурено от Съвета за научни изследвания в областта на естествените науки и инженерството на Канада, Канадските институти за здравни изследвания, Канадската мрежа за изследвания и иновации в машинните технологии, Стипендията за висше образование в Онтарио, Министерството на здравеопазването и човешките услуги на САЩ и Министерството на отбраната на Съединените щати.

Източник: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220725124110.htm

Превела: Ели Антонова

-50% на Абонамента (Годишен и Вечен) | Най-голямото намаление на БГ Наука за 2024 г.