Как клетки быстро создают выступы для исследования и движения

Чтобы двигаться, клетки должны быстро менять форму. Исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл показали, что клетки достигают этого, запасая дополнительную «кожу» в складках и выпуклостях на своей поверхности. Этот избыток клеточной поверхности может быть быстро развернут для покрытия временных выступов, а затем снова собран в складки. Исследование опубликовано 17 мая в Biophysical Journal.

Клеточные мембраны очень гибкие, но могут растягиваться лишь примерно на 3% без разрыва. Наличие дополнительных складок поверхности, которые могут расширяться по требованию, позволяет клеткам двигаться и делиться, безопасно сохраняя объем и целостность мембраны.

«Это мера безопасности, потому что клеточную мембрану нельзя растягивать, и если она порвется, клетка лизируется и погибнет, поэтому клеткам нужен этот резерв», — говорит первый автор Марина Капустина. «Эти выступы могут хранить огромное количество клеточной поверхности и высоко динамичны, что означает, что их можно быстро демонтировать и немедленно перестроить в других местах на периферии клетки».

Выступы на поверхности клеток бывают разных форм и размеров. Некоторые, называемые блебами, — это маленькие округлые выпуклости с очень небольшой внутренней структурой. Блебы формируются за секунды и исчезают через несколько минут. Более крупные локомоторные выступы формируются дольше, но могут сохраняться более часа благодаря своей поддерживающей внутренней структуре из белков, таких как микротрубочки и актин.

Исследователи использовали электронную и флуоресцентную микроскопию для наблюдения за округлыми, сигарообразными и неправильной формы клетками, встроенными в 3D-матрицу из коллагена. С помощью флуоресцентных меток они зафиксировали динамику поверхности и движение клеток в течение нескольких часов.

Команда показала, что когда клетки округлые, их поверхность шероховата и сложна, покрыта многочисленными мелкими выступами: блебами, микроворсинками, филоподиями и складками. Однако, когда клетки формируют выступы, эти дополнительные складки «кожи» разглаживаются, и поверхность становится относительно гладкой, особенно в областях, прилегающих к выступам.

Исследователи считают, что избыток клеточной поверхности важен как при мезенхимальном, так и при амебоидном движении — двух основных способах перемещения клеток. При мезенхимальном движении клетки прикрепляются к поверхностям в окружающей среде и используют сократительные силы, чтобы протолкнуться между волокнами коллагена. При амебоидном движении, которое позволяет двигаться гораздо быстрее, клетки не полагаются на адгезию, а продвигаются за счет быстрых движений мелких «блебовых» выступов.

Команда считает, что микротрубочки играют важную роль в регуляции избытка клеточной поверхности при обоих типах движения, хотя их точная функция неясна. «Микротрубочки могут обеспечивать механическую поддержку поверхности клетки или активировать актин под мембраной для создания активного сайта стабильного выступа», — говорит Капустина. «Когда нет этого активного сайта для создания стабильного выступа, клетки в основном просто образуют блебы».