Когда клетки чувствуют сжатие, ядра помогают им выбраться из тесных пространств

Угроза серьёзной деформации запускает быстрый рефлекс "бегства", который позволяет клеткам отдалиться и выскользнуть из тесных пространств или переполненных тканей.

В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science, учёные показали, что сжатие клетки до точки, когда её ядро начинает растягиваться, активирует моторные белки. Они, в свою очередь, преобразуют цитоскелет клетки, чтобы она могла покинуть переполненную среду.

Каждая клетка имеет ядро, а каждое ядро — мембрану, отделяющую хромосомы от остальной части клетки. В состоянии покоя ядерная мембрана провисает, подобно свободному пакету. Исследователи из Центра геномной регуляции (CRG) и ICFO — Института фотонных наук — обнаружили, что когда ядерная мембрана сжимается, складки на её поверхности разглаживаются, запуская каскад событий, которые трансформируют цитоскелет и в конечном итоге помогают клетке выбраться из тесного окружения.

"Наша работа представляет собой смену парадигмы: ядро само по себе — не просто статичный контейнер для генетического материала, а динамический сенсор, который клетки могут использовать для восприятия окружающей среды", — говорит Валерия Вентурини, аспирантка с двойной аффилиацией в ICFO и CRG. "Интенсивность растяжения ядра предсказывала интенсивность ответа, проливая новый свет на этот рефлекс 'бей или беги' на уровне отдельной клетки. Понимание этой способности ощущать деформацию, измерять её и соответствующим образом реагировать может иметь важные последствия для понимания таких процессов, как рост рака и гомеостаз".

Впервые исследователям удалось объяснить, как отдельные клетки измеряют и реагируют на острую деформацию формы — реальную угрозу их выживанию.

Рефлекс активируется менее чем за минуту и прекращается, когда клетки покидают переполненную среду.

"Мы все знакомы с традиционными чувствами: зрением, слухом, обонянием, вкусом и осязанием, но мы также зависим от менее известного 'шестого чувства' — проприоцепции, нашей способности воспринимать изменения в позе и движении тела", — говорит Верена Рупрехт, главный исследователь в CRG и последний автор исследования. "Удивительно, что это чувство существует и на уровне отдельной клетки. Здесь мы впервые показываем, что ядро помогает клеткам измерять изменения своей формы и корректировать своё поведение в ответ на механические вызовы в различных тканевых нишах".

Исследователи использовали первичные клетки эмбриона рыбки данио-рерио для изучения этого клеточного рефлекса. В сопутствующем исследовании, опубликованном сегодня в том же выпуске Science учёными из Института Кюри (Париж, Франция), ETH Zurich (Швейцария), King's College London (Великобритания) и Детского онкологического исследовательского института (Вена, Австрия), тот же рефлекс был обнаружен в иммунных и раковых клетках. Это говорит о том, что он консервативен у разных видов и сохраняется во взрослом возрасте.

Тело человека состоит из триллионов клеток, которым для выполнения своих задач в специфических тканях также необходимы различные ощущения. С точки зрения отдельной клетки её окружение — это переполненное место со множеством типов физических ограничений и механических сил.

Эти условия вызывают изменения формы клетки, которые могут угрожать целостности ткани. Клетки должны уметь реагировать на эти физические вызовы как во время эмбрионального развития, так и во взрослом возрасте. Однако вопрос о том, как они измеряют свою собственную форму и адаптируют поведение к окружающей среде, оставался открытым.