Ученые обнаружили навигационную систему, используемую раковыми и нервными клетками
Исследователи из Университета Дьюка обнаружили на поверхности клеток «блуждающую систему обнаружения», что может указать на новые способы лечения таких заболеваний, как рак, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз (БАС).
Клетки, изученные на нематодных червях, способны прорывать нормальные тканевые границы и внедряться в другие ткани и органы — ключевой этап многих нормальных процессов развития, от эмбриогенеза и заживления ран до формирования новых кровеносных сосудов.
Но иногда этот процесс нарушается. Так происходит при метастатическом раке, когда раковые клетки бесконтрольно распространяются из места возникновения и образуют опухоли в других частях тела.
«Клеточная инвазия — один из наиболее клинически значимых, но наименее изученных аспектов прогрессирования рака», — сказал Дэвид Шервуд, доцент биологии в Дьюке.
Его команда исследует молекулярные механизмы, контролирующие клеточную инвазию как в нормальном развитии, так и при раке, используя однмиллиметрового червя C. elegans.
На одном из этапов развития C. elegans специализированная якорная клетка прорывает плотную мембрану, отделяющую матку червя от вульвы, открывая репродуктивный тракт.
Якорная клетка не может «видеть», поэтому ей нужен сигнал, указывающий, где прорваться. В исследовании 2009 года Шервуд и коллеги обнаружили, что внеклеточный сигнал нетрин ориентирует якорную клетку для инвазии в правильном направлении.
В новом исследовании, опубликованном 25 августа в Journal of Cell Biology, команда показала, как рецепторы на инвазивных клетках буквально блуждают по клеточной мембране, «выслеживая» недостающий сигнал нетрина, который направит клетку в нужное место.
Исследователи использовали видеокамеру, подключенную к мощному микроскопу, для съемки замедленной съемки медленного движения якорной клетки C. elegans во время инвазии.
Их анализ показал, что когда выработка нетрина заблокирована, рецепторы нетрина на поверхности якорной клетки периодически кластеризуются, рассеиваются и собираются заново в другом регионе клеточной мембраны. Рецепторы кластеризуются вместе с участками актиновых филаментов — тонких гибких волокон, помогающих клеткам менять форму и формировать инвазивные выступы, — которые появляются в каждом новом месте.
«Это что-то вроде системы обнаружения ракет», — сказал Шервуд.
Вместо того чтобы двигаться всей клетке, её рецепторы перемещаются по внешней стороне клетки, пока не получат сигнал. Как только рецепторы находят сигнал нетрина, они стабилизируются в области клеточной мембраны, ближайшей к источнику сигнала.
Эти находки переопределяют идеи, существовавшие десятилетиями, о работе клеточной навигационной системы. «Клетки не просто пассивно реагируют на сигнал нетрина — они активно его ищут», — сказал Шервуд.
Учитывая, что было обнаружено, что нетрин способствует клеточной инвазии при некоторых наиболее летальных формах рака, результаты могут привести к новым стратегиям лечения. Например, нарушение системы обнаружения нетрина в клетке может помешать раковым клеткам находить путь к кровотоку или лимфатической системе и остановить их метастазирование.
«Одна из вещей, к которой мы готовимся дальше, — это скрининг лекарств с нашими коллегами, чтобы посмотреть, можем ли мы заблокировать эту систему обнаружения во время инвазии», — сказал Шервуд.
Ученым также годами известно, что нетрин играет ключевую роль в «проводке» мозга и нервной системы, направляя развивающиеся нервные клетки по мере их роста и формирования связей.
Это означает, что результаты также могут указать на новые способы лечения неврологических расстройств, таких как болезнь Паркинсона и БАС, и восстановления после травм спинного мозга.
Например, манипуляции с механизмом обнаружения нетрина в клетке могут позволить стимулировать регенерацию поврежденных клеток центральной нервной системы, которые в норме имеют ограниченную способность к восстановлению.