Работая с плодовыми мушками, ученые из Johns Hopkins Medicine говорят, что они определили новый молекулярный путь, который помогает направлять движущиеся клетки в определенных направлениях. По их словам, набор взаимосвязанных белков и ферментов в пути действует как компоненты управления и руля, которые направляют клетки к «предназначенному», а не случайному назначению.
В отчете о работе, опубликованном 2 марта в Cell Reports, ученые говорят, что эти же молекулярные пути могут привести к метастазированию раковых клеток или перемещению в отдаленные области тела, а также могут быть важны для понимания того, как клетки собираются и мигрируют в эмбрионе, образуя органы и другие структуры.
Группу ученых возглавила Дебора Эндрю, доктор философии, профессор клеточной биологии и заместитель директора по развитию факультета Института фундаментальных биомедицинских наук Медицинской школы Университета Джона Хопкинса.
Эндрю и ее коллеги начали это исследование, изучая ген под названием Tre1 и его роль в развитии слюнных желез у плодовых мушек. По ее словам, инструменты для изучения эффектов включения и выключения гена не были идеальными. Итак, два члена команды, Кейтлин Хэнлон, доктор философии, из Университета Куиннипиак и Джихун Ким, доктор философии, из Университета Джона Хопкинса, создали плодовых мушек, у которых отсутствует кодирующая белок часть гена Tre1. Пара также поместила флуоресцентную метку на белок Tre1, чтобы узнать, где он локализуется на ключевых этапах разработки.
В экспериментах с эмбрионами плодовых мушек, несущими интактный ген Tre1, клетки, которые производят будущие поколения организма, называемые зародышевыми клетками, правильно мигрируют в половой орган, известный как гонады.
«Однако без гена Tre1 большинству зародышевых клеток не удавалось встретиться с другими незародышевыми или соматическими клетками гонады», - говорит Эндрю. «Правильная навигация зародышевых клеток важна для обеспечения будущих поколений организма».
Это не первый раз, когда ученые отмечают важность Tre1 в навигации зародышевых клеток. Две исследовательские группы из Университета Индианы и Массачусетского технологического института ранее установили связь. Однако, говорит Эндрю, остались вопросы о том, что происходит внутри зародышевых клеток, чтобы доставить клетки в нужное место после активации Tre1.
Уже было известно, что ген Tre1 кодирует белок, который многократно пересекает клеточную мембрану и выходит на поверхность клетки. Это член большого семейства белков, называемых рецепторами, связанными с G-белком, которые позволяют клеткам общаться и реагировать на сигналы от других клеток, а также на сигналы света и запаха. По словам Эндрю, почти 35% одобренных FDA лекарств нацелены на рецепторы, связанные с G-белком.
Чтобы более точно отслеживать молекулярные события ниже по течению от Tre1, Ким, научный сотрудник и постдокторский сотрудник Медицинской школы Университета Джона Хопкинса, использовала культуры тканей клеток плодовых мушек, чтобы найти местоположение флуоресцентно помеченных молекул, которые потенциально запускается активированным белком Tre1. В культурах тканей и зародышевых клетках живых мух Ким обнаружил нисходящий генетический путь.
Он обнаружил, что Tre1 действует как рулевой ячейки, контролируя управление ячейкой. Tre1 активирует компоненты руля и руля в клетке, стимулируя каскад белков и ферментов, включая фосфо-инозитолкиназу, PI(4, 5)P2, dPIP5K, dWIP и WASp.
В конце молекулярного каскада цепь актиновых белков формируется в выступе на переднем крае клетки, чтобы создавать механические силы для движения.
Ученые также искали восходящий сигнал, который активирует Tre1. Они использовали генно-инженерный белок, созданный исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, для отслеживания местоположения сигнального белка под названием Hedgehog, который ранее был связан с миграцией зародышевых клеток, хотя его роль в этом процессе оспаривается.
В зародышевых клетках передача сигналов Hedgehog увеличивает уровень мембранного белка, называемого Smoothened, который находится в выступе переднего края клетки, где также находится Tre1.
Ученые планируют продолжить изучение путей, окружающих Tre1, и связей между белками и ферментами, участвующими в этом пути.
«Более глубокое понимание того, как движущиеся клетки перемещаются и распространяются, может предоставить больше целей для прерывания распространения раковых клеток», - говорит Эндрю.