Как клетки движутся в определенном направлении в организме - идут к месту раны и восстанавливают его, например, или выслеживают инфекционные бактерии и убивают их?
Два новых исследования Морской биологической лаборатории (MBL) показывают, как клетки реагируют на внутренние силы, когда они ориентируются, набирают силу и мигрируют в определенном направлении. Исследование, которое началось как студенческий проект курса физиологии MBL и было разработано в Центре Уитмена MBL, опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) и на этой неделе в Nature Communications.
Оба документа сосредоточены на активации интегринов, белков, которые позволяют клеткам прикрепляться к внешней среде и реагировать на сигналы, исходящие от других клеток. Интегрины являются трансмембранными белками: часть лежит на поверхности клетки, а часть внутри клетки. Используя микроскоп, изобретенный в MBL, авторы показали, что когда интегрины разворачиваются с клеточной поверхности и связываются внеклеточно, они одновременно выравниваются в том же направлении, что и сила внутри клетки (ретроградный поток актина).
«Если вы думаете о клетке как о машине, поток актина - это двигатель», - говорит Клэр Уотерман, научный сотрудник Центра Уитмена из Национального института сердца, легких и крови. «Клетка может сидеть там, работая на холостом ходу. Но когда интегрины активируются и связываются извне, они подобны шинам, ударяющимся о дорогу, создавая трение. Двигатель включает передачу, и машина движется».
Тимоти Спрингер из Гарвардского университета, который открыл семейство белков интегринов в 1980-х годах и во многом определил механизм их активации, и Сатьяджит, мэр Национального центра биологических наук в Бангалоре, были основными сотрудниками Уотермана. на проекте.
Команда использовала флуоресцентный поляризованный световой микроскоп, разработанный научным сотрудником MBL Томоми Тани и бывшим научным сотрудником Шалин Мехта (сейчас в Chan Zuckerberg Biohub), чтобы измерить в режиме реального времени и с высокой точностью ориентацию интегринов на поверхность клетки.
«Удивительно, что вы можете сделать это с помощью микроскопа», - говорит Спрингер. «Я не знаю других примеров, когда люди действительно измеряли ориентацию молекулы клеточной поверхности».
В клетках человека обнаружено 24 различных типа интегринов. В статье PNAS исследуется интегрин на клетках фибробластов, а в статье Nature Communications анализируется интегрин на лейкоцитах.
«Два интегрина, над которыми мы работали, были структурно настолько различны, насколько это возможно в семействе интегринов», - говорит Спрингер, однако оба типа при активации ориентируются в направлении, определяемом внутриклеточным потоком актина.
«Это действительно прекрасное фундаментальное исследование», - говорит Спрингер. «Хотя мы многое знали о высокоочищенных интегринах в растворе, это исследование дает нам конкретную информацию об их состоянии активации в живых клетках».
Уотерман руководила курсом физиологии MBL, когда она инициировала это исследование с группой студентов, включая Виная Сваминатана и Понтуса Норденфельта. После окончания курса к команде добавились члены, включая Джозефа Мэтью Калаппураккала и Трэвиса И. Мура, и они продолжили сотрудничество в MBL Whitman Center при поддержке Lillie Research Innovation Award от Чикагского университета и MBL.
«MBL известен своей способностью собирать научные группы с глубокими междисциплинарными знаниями посредством общения между его продвинутыми курсами, его постоянными учеными и Центром Уитмена», - говорит Дэвид Марк Уэлч, директор по исследованиям MBL.. «В этом случае проницательные ученые с очень разными навыками - клеточные биологи, разработчики микроскопов, специалисты по вычислительной технике, молекулярные моделисты, белковые химики - объединились, чтобы выявить фундаментально важный фактор клеточной миграции."