Interne kræfter, der styrer cellemigration, afsløres ved levende cellemikroskopi

Hvordan bevæger celler sig i en bestemt retning i kroppen - gå til et sårsted og reparer det, for eksempel, eller jagte smitsomme bakterier og dræbe det?

To nye undersøgelser fra Marine Biological Laboratory (MBL) viser, hvordan celler reagerer på indre kræfter, når de orienterer sig, få trækkraft, og migrere i en bestemt retning. Forskningen, som begyndte som et studenterprojekt i MBL Fysiologikurset og blev udviklet i MBL Whitman Center, er udgivet i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) og i denne uge Naturkommunikation .

Begge artikler fokuserer på aktivering af integriner, proteiner, der tillader celler at tilslutte sig deres ydre miljø og reagere på signaler, der kommer fra andre celler. Integriner er transmembrane proteiner:del ligger på celleoverfladen og del ligger inde i cellen. Ved hjælp af et mikroskop opfundet på MBL, forfatterne viste, at når integriner foldes ud fra celleoverfladen og binder ekstracellulært, de flugter samtidigt i samme retning som en kraft inde i cellen (aktin retrograd strøm).

"Hvis du tænker på en celle som en bil, aktinstrømmen er motoren, "siger Clare Waterman, en Whitman Center -forsker fra National Heart, Lunge- og blodinstitut. "Cellen kan sidde der, tomgang på motoren. Men når integrinerne aktiveres og bindes eksternt, de er som dækkene, der rammer vejen, giver friktion. Motoren går i gear, og bilen bevæger sig. "

Timothy Springer fra Harvard University, som medopdagede integrinfamilien af ​​proteiner i 1980'erne og stort set har defineret deres aktiveringsmekanisme, og Satyajit borgmester i National Center for Biologiske Videnskaber, Bangalore, var de vigtigste samarbejdspartnere med Waterman om projektet.

Holdet brugte et fluorescenspolariseret lysmikroskop udviklet af MBL Associate Scientist Tomomi Tani og tidligere stabsforsker Shalin Mehta (nu på Chan Zuckerberg Biohub) til at måle - i realtid og med høj præcision - orienteringen af ​​integrinerne på celleoverfladen.

"Det er ganske bemærkelsesværdigt, at du kan gøre det med et mikroskop, "Springer siger." Jeg kender ikke til andre eksempler, hvor folk faktisk har målt orienteringen af ​​et celleoverflademolekyle. "

Der findes 24 forskellige typer integriner på humane celler. PNAS -papiret studerer et integrin på fibroblastceller, mens Naturkommunikation papir analyserer en integrin på hvide blodlegemer.

"De to integriner, vi arbejdede på, var omtrent så strukturelt forskellige, som du kan få i integrinfamilien, "siger Springer, dog begge typer, når den er aktiveret, orienteret i en retning dikteret af intracellulær aktinstrøm.

"Dette er virkelig smuk grundforskning, "Springer siger." Selvom vi vidste meget om stærkt rensede integriner i løsning, denne forskning giver os specifik information om deres aktiveringstilstand i levende celler. "

Waterman var meddirektør på MBL Physiology Course, da hun indledte denne forskning med en gruppe studerende, herunder Vinay Swaminathan og Pontus Nordenfelt. Efter endt kursus, teamet tilføjede medlemmer, herunder Joseph Mathew Kalappurakkal og Travis I. Moore, og fortsatte med at samarbejde i MBL Whitman Center med støtte fra en Lillie Research Innovation Award fra University of Chicago og MBL.

"MBL er kendt for sin evne til at indkalde videnskabelige teams med dyb tværfaglig ekspertise, selvom kommunikationen, der flyder mellem sine avancerede kurser, dens bosiddende forskere, og Whitman Center, "siger David Mark Welch, MBL Forskningsdirektør. "I dette tilfælde, indsigtsfulde forskere med meget forskellige færdigheder - cellebiologer, mikroskopudviklere, beregningsforskere, molekylære modellerere, proteinkemikere - synergiseret for at afsløre en grundlæggende vigtig drivkraft for cellulær migration. "