Искривление поверхности направляет миграцию клеток

Кривизна поверхности определяет поведение биологических клеток при миграции. Клетки предпочитают двигаться вдоль впадин или борозд, избегая гребней. Эти выводы, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences с участием Института динамики и самоорганизации им. Макса Планка (MPI-DS) и Института науки Вейцмана, легли в основу модели, предсказывающей клеточное поведение. Такие универсальные принципы позволяют лучше понять миграцию иммунных и раковых клеток, открывая путь для новых методов лечения.

Миграция клеток в организме — фундаментальное биологическое явление. Иммунные клетки постоянно патрулируют в поисках патогенов, а раковые клетки мигрируют по телу, вызывая метастазы. Многие поверхности внутри организма, такие как ткани, кровеносные сосуды или выступы, имеют изогнутую форму.

«Мы смогли продемонстрировать, что эта кривизна напрямую влияет на характер движения клеток», — объясняет Эберхард Боденшатц, директор MPI-DS. Учёные экспериментально показали, что клетки предпочитают определённые типы кривизны, — явление, названное «кривотáксисом».

Чтобы раскрыть этот механизм, они создали компьютерную модель везикулы, содержащей активные компоненты цитоскелета, используемые для движения. Эта структура напоминает биологическую клетку, мигрирующую в организме.

«Используя эту минимальную клеточную модель, мы систематически исследовали механизм кривотáксиса на различных изогнутых поверхностях», — сообщает Нир Гов из Института науки Вейцмана (Израиль). «Модельная клетка демонстрирует специфические паттерны миграции, например, движение вдоль борозд волнообразной формы при избегании движения вдоль гребней».

Это наблюдение легло в основу новой модели, предсказывающей поведение клеток. Предсказания модели были затем проверены экспериментально на нескольких типах клеток. Таким образом, учёные выявили универсальный механизм подвижности клеток, применимый ко многим различным типам мигрирующих клеток.

На выпуклой или трубчатой структуре, такой как внешняя поверхность кровеносного сосуда, клетки стремятся двигаться по окружности. В то же время на вогнутых структурах (например, внутри сосуда) предпочтительным является осевое движение вперёд или назад.

«Наша работа подчёркивает, как физические принципы формируют универсальное поведение даже в сложном мире биологии», — заключает Боденшатц.