Клетки мух движутся сообща, следуя за светом
Ученые из Университета Джонса Хопкинса использовали лазерный луч для активации белка, заставляющего кластер клеток плодовой мушки двигаться подобно косяку рыб — социально и синхронно, следуя за клеткой, стимулированной светом.
Исследование этого неожиданного клеточного движения, опубликованное 16 мая в Nature Cell Biology, важно для понимания эмбрионального развития, заживления ран и метастазирования опухолей — процесса, при котором опухолевые клетки приобретают способность инвазировать окружающие ткани и мигрировать на большие расстояния для колонизации лимфоузлов, костей и других органов.
Работа наглядно демонстрирует коллективное поведение живых клеток в интактной ткани по определению направления движения, а также метод контроля активности белка в живом организме путем точного освещения лучом лазера тех частей клеток, где требуется активация.
«Наша небольшая система у плодовой мушки — элегантный пример социального поведения клеток в их естественной среде, окруженных другими клетками. Это поведение нельзя уловить, изучая отдельные клетки в чашке Петри», — говорит Дениз Монтелл, профессор биологической химии.
«Социальное» миграционное поведение кластера клеток в яичнике мушки удивило команду, использовавшую новый лазерный инструмент для манипуляции активностью белка.
«Люди склонны думать о раке как об отдельных клетках, отрывающихся от опухоли и мигрирующих. Но, вероятно, эта коллективная форма движения важна на той или иной фазе распространения опухолей», — отмечает Монтелл.
Лучшее понимание того, как и почему движутся клетки, может способствовать разработке новых методов лечения не только рака, но и других заболеваний, характеризующихся аномальным клеточным поведением.
Техника световой активации, ранее разработанная в лаборатории Клауса Хана в Университете Северной Каролины, демонстрировала контроль движения клеток в культуре млекопитающих. Исследование под руководством команды из Хопкинса доказывает принципиальную возможность безопасной активации белка только светом в живых организмах.
Метод и модель
Команда работала с кластером из шести так называемых пограничных клеток в яичнике мушки — моделью, важной для изучения механизмов коллективного движения клеток в целом.
- Клетки генетически модифицировали, лишив способности реагировать на естественные химические аттрактанты.
- Использовали белок мухи Rac, слитый со светоактивируемым (PA) растительным белком (разработка лаборатории Хана).
- PA-Rac остается инертным в темноте, но под действием света растительный белок меняет форму, позволяя Rac активироваться и инициировать движение клеток.
«Лазерный луч может быть намного меньше клетки, поэтому мы смогли активировать Rac не только в одной клетке, но и в одной части одной клетки. Другое замечательное свойство — обратимость: как только убираешь свет, PA-Rac снова "сворачивается" и выключается», — объясняет Монтелл.
Результаты
Когда лучом лазера освещали различные отдельные клетки, весь кластер реагировал движением в направлениях, ненормальных для него: например, вбок или даже назад. Короче говоря, они следовали за светом.
«Когда мы активировали Rac даже в одной части одной из этих клеток — и не в той, что в норме была бы лидером — все остальные клетки словно говорили: "Ага! У тебя больше активности Rac, значит, мы идем за тобой". Удивительно, что клетки каким-то образом чувствуют уровни активности Rac друг у друга и коллективно решают, куда двигаться», — резюмирует Монтелл.