Клетки «ощущают» окружение с помощью пальцевидных структур
Клетки используют пальцевидные выросты — филоподии — для восприятия химической и физической среды. Новое исследование Института Нильса Бора показало, как эти структуры динамично удлиняются, сокращаются и изгибаются. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Филоподии — это трубчатые выпячивания клеточной мембраны, играющие ключевую роль в развитии эмбриона, росте нервных клеток и миграции макрофагов к патогенным бактериям.
Исследователи Наташа Лейнсе, Лене Оддершеде и Поуль Мартин Бендикс изучили физические свойства филоподий с помощью оптической ловушки. На кончик филоподии помещали пластиковый шарик и с помощью сверхчувствительных силовых измерений регистрировали её динамическую активность. Внутренний цитоскелет филоподий — актин, отвечающий за движение, — маркировали флуоресцентными метками для наблюдения в микроскоп.
Обнаружен новый механизм движения
В эксперименте шарик на конце филоподии оттягивали с помощью силового микроскопа до 20 минут. Клетка тянула его обратно с силой 1–100 пиконьютонов (эквивалентно силе тяжести, действующей на одну эритроцит).
Было обнаружено, что актин внутри филоподии совершает вращательное движение. При сокращении в нём образуются спиральные складки, подобные тем, что возникают при скручивании резинки. Этот процесс сняли на видео с помощью флуоресцентной микроскопии одновременно с измерениями сокращения.
«Этот новый механизм показывает, как вращение преобразуется в механическое свойство, позволяющее клетке взаимодействовать с соседними клетками», — объясняет Поуль Мартин Бендикс.
Спиральные структуры широко распространены в природе (ДНК, жгутики бактерий и сперматозоидов). Существование спиралевидных филоподий ранее предсказывалось теорией, но на основе иного механизма. В данном случае их образование было также подтверждено теоретическим моделированием вращающейся актиновой структуры внутри мембранной трубки.
«Наши результаты показывают, что эксперименты и теоретические расчёты хорошо дополняют друг друга при изучении биологических механизмов», — заключает Бендикс.