Механические и химические сигналы совместно направляют движение клеток

Живые клетки реагируют на биохимические сигналы, двигаясь в сторону их большей концентрации (хемотаксис). Однако детали их реакции на механические силы, такие как столкновения, оставались плохо изучены. Новое исследование, опубликованное 7 ноября в журнале PNAS, показывает, что клетки используют одну и ту же молекулярную сеть для реакции как на химические, так и на механические сигналы, что позволяет им объединять потенциально противоречивые сигналы в единый путь.

Поскольку движение клеток критически важно для эмбрионального развития, метастазирования опухолей, заживления ран и иммунного ответа, эти выводы приближают учёных к пониманию этих биологических процессов.

«В реальной жизни химические сигналы не существуют изолированно. Наши эксперименты помогают объяснить, как клетки могут получать направляющие сигналы из нескольких источников и интегрировать их», — говорит Питер Девриотис, профессор эмбриологии Университета Джонса Хопкинса.

Исследовательская группа, работая с одноклеточной амёбой Dictyostelium discoideum, изучала движение клеток, прикреплённых к поверхности. Учёные добавляли химический сигнал (cAMP) в одну чашку и создавали лёгкое механическое воздействие (напряжение сдвига, shear stress) путём покачивания жидкости. К удивлению, реакция клеток в обеих чашках была идентичной.

Для проверки гипотезы клетки подвергали напряжению сдвига в специальной камере и анализировали их ответ. С помощью микроскопа изучили изменение локализации шести белков, а биохимически оценили активность ещё четырёх белков, известных своей ролью в хемотаксисе. Результат показал, что более трети из примерно 30 известных клеточных ответов на химический сигнал были идентичны ответу на механический сигнал.

Ещё одной характерной чертой стало циклическое повторение чувствительности: сигнал должен достичь определённого уровня, чтобы вызвать максимальный ответ, после чего следует рефрактерный (неотзывчивый) период. Клетки, подвергнутые механическому воздействию, демонстрировали такое же поведение. Более того, если они получали механический сигнал, то становились невосприимчивы к химическим сигналам до окончания этого периода.