Тысячи крошечных якорей удерживают клетки на месте — и теперь мы знаем как

Большинство клеток нашего тела — будь то костные, мышечные или клетки поджелудочной железы — закреплены на нужном месте с помощью крошечных якорей (называемых «фокальными адгезиями»). Эти прочные якоря используют белковые цепи, чтобы связать клетку с коллагеном — белком, придающим структуру нашему телу.

Якоря помогают клеткам оставаться на месте и в основном сопротивляться нарушениям окружающей среды. Но если клетка превращается в раковую, цепь может разорваться, позволяя раку распространиться на другие части тела.

Впервые команда учёных из UNSW Sydney обнаружила конкретный белок (или звено) в цепи, ответственный за поддержание связи.

Результаты, опубликованные в Nature Materials, углубляют понимание клеточной механики и могут задать новые направления в исследованиях рака.

«Мы определили белок, необходимый для функционирования этих креплений», — говорит ведущий автор исследования Мария Ластра Кагигас, кандидат наук в UNSW Medicine & Health. — «Если эти крепления выйдут из строя, клетка может стать более склонной к движению и проникновению в ткани, как раковая».

Учёные уже знали, что рак каким-то образом ослабляет клеточные якоря, но не понимали точно, как это происходит.

Одна из причин сложности изучения — ничтожный размер цепи якоря: её толщина всего несколько нанометров — примерно 1/10 000^ая толщины человеческого волоса.

Команда использовала специализированную 3D крио-электронную микроскопию — мощную методику визуализации, использующую электронный микроскоп для получения высокодетальных изображений клеток, — чтобы идентифицировать тропомиозин как ключевой белок в цепи, удерживающей якорь на месте. Крио-электронная микроскопия — на сегодня самая мощная технология для изучения белков внутри клеток, её разработка получила Нобелевскую премию по химии в 2017 году.

«Это первый раз, когда мы можем в деталях увидеть, как выглядит цепь якоря», — говорит соавтор исследования профессор Питер Ганнинг. Команда сделала открытие в Центре электронной микроскопии Марка Уэйнрайта UNSW и стала первой в мире, применившей эту технику для изучения цепей тропомиозина. — «Это совершенно новая технология».

Исследователи выявили роль тропомиозина в цепи якоря, сравнивая нормальные клетки с клетками пациентов с раком кости, а также с раковыми клетками, созданными в лаборатории.

Затем они попытались вернуть тропомиозин в раковые клетки — и, к удивлению, якоря снова смогли прикрепиться.

«В перспективе мы хотим выяснить, можем ли мы использовать эти знания, чтобы уменьшить инвазию раковых клеток», — говорит Ластра Кагигас. — «В краткосрочной перспективе эту информацию можно использовать, чтобы определить, есть ли у рака предрасположенность к метастазированию, то есть к распространению по телу. В долгосрочной перспективе на это можно смотреть как на потенциальную мишень в лечении рака».

Профессор Ганнинг и соавтор профессор Эдна Хардеман, которые исследуют эту область науки уже 40 лет, называют эту работу вехой в понимании клеточной механики.

Потенциальная мишень для лекарств

Около 30% тела состоит из коллагена, который формирует так называемый «матрикс».

«Матрикс — это как каркас, присутствующий в наших костях, связках, мышцах и коже. Он есть почти везде в теле», — объясняет Ластра Кагигас. — «Помимо клеток, которые перемещаются по телу, как клетки крови, коллагеновый матрикс формирует дом для большинства клеток — включая раковые».

Рак поджелудочной железы — один из немногих видов рака, который может модифицировать этот матрикс в своих интересах, создавая «барьер» вокруг опухоли. Этот барьер работает как защитный механизм, затрудняя уничтожение раковых клеток такими методами лечения, как химиотерапия и иммунотерапия.

Опухоль заставляет ассоциированные с раком поджелудочной железы фибробласты (PCAFs) — клетки вокруг опухоли, закреплённые цепями, — строить этот защитный барьер. Но теперь, когда учёные идентифицировали белки в якоре и цепи клетки, они могут исследовать эти белки как будущие мишени для терапий, которые могли бы ослабить этот барьер.

«Мы выявили, что тип белка, задействованного в цепи, тропомиозин, является «таргетируемым» для лекарств», — говорит профессор Хардеман. — «Это значит, что возможно разработать низкомолекулярные ингибиторы, или препараты, которые смогут атаковать эти белки».

По словам профессора Хардеман, вероятно, эти потенциальные будущие препараты будут применяться вместе с противораковой терапией, чтобы временно дестабилизировать барьер, пока основное лечение выполняет свою работу.

Взгляд в будущее

Хотя результаты обнадёживают, профессор Ганнинг отмечает, что это не значит, что подходящие препараты появятся в ближайшие несколько лет.

«У нас есть понимание биологии, но предсказать путь от этого до лечения пациента сложно», — говорит он. — «Мы видим, как выглядит путь, но менее уверены в сроках».

Более вероятно, что в ближайшем будущем — потенциально в следующие два-три года — белок цепи, тропомиозин, может помочь учёным прогнозировать, какие виды рака с большей вероятностью будут распространяться быстрее.

«По мере углубления в фундаментальные механизмы рака и расширения наших маркеров биологии раковых клеток, наше открытие добавляет недостающее звено в разработку персонализированной диагностики рака», — заключает профессор Ганнинг.