Группы клеток толкаются, а не тянутся, на место при формировании органов и распространении рака

Клетки толкают и тянут окружающие ткани, перемещаясь группами при формировании органов у эмбриона, поиске вторгшихся бактерий, а также при озлокачествлении и распространении.

Новое исследование, опубликованное онлайн в Nature Cell Biology 14 февраля, показало на живом эмбрионе, что задние концы движущихся групп клеток толкают группу вперёд. Это противоречит предыдущим выводам, полученным на клеточных группах, выращенных в чашках с питательной средой (культурах), которые тянули себя вперёд передним краем.

Исследование под руководством учёных из Медицинской школы Гроссмана Нью-Йоркского университета и Института математических наук Куранта Нью-Йоркского университета использовало новую технику для измерения сил, прилагаемых группой клеток при движении вдоль «дорожноподобной» тканевой мембраны и занятии места в развивающемся организме. В частности, впервые в животной ткани обнаружено, что белки интегрины на поверхностях клеток в задней части прикрепляются в большем количестве к мембране по мере движения и оказывают большее усилие в одном направлении, чем клетки в передней части группы. Наблюдаемые в эмбрионе кластеры интегринов (фокальные адгезии) были меньше, чем в исследованиях на культурах, и разрушались быстрее.

Подтверждение таких механистических деталей в живой ткани имеет важное значение, отмечают исследователи, поскольку многие виды рака распространяются группами клеток и могут использовать новый «двигатель в задней части».

Детали исследования

Результаты основаны на известных механизмах движения клеток. Например, белок актин формирует белковый «скелет» клеток, и цепи актина могут расти в определённом направлении, прилагая силу, которая меняет форму клетки. Интегрины, встроенные во внешние клеточные мембраны, взаимодействуют как с сетями актина, так и с белками вне клеток. Эти и другие белки формируют систему, которую клетка использует для кратковременного прикрепления и «перекатывания» по базальной мембране — гибкой сетке из белков и сахаров. Неизвестным до текущего исследования было то, как ткани в живых организмах прилагают силу в группах для генерации этого движения.

Новое исследование изучало движение групп клеток в эмбрионе рыбки данио-рерио — основной модели для изучения развития. Используя «отбеленные» точки на базальной мембране для измерения деформаций в микроскопическом масштабе и новое программное обеспечение embryogram для расчёта смещения точек, когда примордиум (группа из ~140 клеток) «цепляется» за мембрану, исследователи определили, насколько клетки тянули и толкали мембрану.

Команда показала, что клетки примордиума связывают генерирующую силу актин-миозиновую сеть на заднем конце движущейся группы через кластеры интегринов на стороне, ближайшей к базальной мембране. Теория заключается в том, что клетки, прикреплённые к мембране сзади, толкают впереди идущие клетки, чтобы переместить всю группу. Также обнаружено, что клетки в задней части примордиума сильнее «ощущают» градиент хемокина — направляющего сигнала.

Интересно, что примордиум двигался «непрерывным брассом», толкая базальную мембрану вниз, вбок и назад. Авторы не знают причину, но предполагают, что это наиболее эффективный способ движения вперёд.

Исследование предполагает, что движение клеточных групп потенциально можно использовать для остановки распространения рака, возможно, путём создания методов лечения, блокирующих действие интегринов. Ингибиторы интегринов уже тестировались в клинических испытаниях против сердечно-сосудистых и аутоиммунных заболеваний, но их применение против метастазирования рака ограничено из-за недостаточного понимания механизмов.