Клетки быстро реагируют на небольшие светоиндуцированные движения микроокружения

Исследователи из Тампереского университета обнаружили, что поверхностные клетки быстро и сложно реагируют на механические стимулы. Моделируя деформацию внеклеточного матрикса, они показали, что клетки чувствуют даже незначительные изменения в своей среде.

Ключевой метод и открытие

• Исследование использовало светочувствительные материалы, разработанные группой профессора Арри Приймяги, в качестве субстрата для культивирования клеток. Световая стимуляция позволяет точно контролировать движение этого субстрата.
• С помощью конфокального микроскопа ученые создавали на поверхности субстрата микроскопические бороздки и одновременно наблюдали за реакцией живых клеток с помощью маркерного белка для внутриклеточного кальция.
• Было обнаружено, что даже движение материала на несколько десятков нанометров открывает механочувствительные кальциевые каналы в клетках, что приводит к изменению уровня кальция.

Роль кальция и механочувствительных каналов PIEZO1

• Кальций участвует в множестве клеточных процессов, поэтому даже небольшие изменения его концентрации могут сильно влиять на функции клетки.
• Ключевую роль в обнаружении изменений среды играют механочувствительные ионные каналы PIEZO1. Эти каналы, открывающиеся при растяжении мембраны, позволяют кальцию поступать в клетку за тысячные доли секунды.
• Исследование показало, что клетки способны ощущать деформации всего в 40 нанометров (0,000040 мм), происходящие мгновенно. Впервые удалось отследить, как канал PIEZO1 открывается в результате физического изменения локального внеклеточного окружения.

Значение и дальнейшие шаги

• Открытие помогает лучше понять процессы, связанные, например, с формированием метастазов рака.
• Использованный метод является новым и позволяет специфически изучать механический стимул внеклеточного матрикса, одновременно наблюдая за клеточными ответами.
• Дальнейшие исследования будут направлены на изучение регуляции каналов PIEZO1 и событий, следующих за первыми секундами восприятия механического воздействия.
• Ученые также планируют использовать новые трансгенные клеточные линии для изучения кальциевой сигнализации в разных частях клетки, в том числе в пигментном эпителии сетчатки глаза, чтобы исследовать роль каналов PIEZO1 в поддержании здоровья сетчатки.

Статья "Light-induced nanoscale deformation in azobenzene thin film triggers rapid intracellular Ca²⁺ increase via mechanosensitive cation channels" опубликована в журнале Advanced Science.