Hvordan celler bruger et signalmolekyle til at fornemme deres mikromiljø

En ny undersøgelse foretaget af forskere ved Karolinska Institutet viser, at den lokale aktivitet af signalmolekylet Rac1 styrer cyklusser af mikroskopiske fremspring og tilbagetrækninger af cellemembranen. Cellen bruger disse cyklusser til at fornemme sine omgivelser, hvilket blandt andet påvirker cellens evne til at bevæge sig. Forståelse af de cellulære og molekylære mekanismer, der styrer cellebevægelser, kan hjælpe os med at udvikle bedre diagnostik og behandling af forskellige sygdomme som kræft.

For at fornemme deres omgivelser bruger celler cyklusser, hvor mikroskopiske cellefremspring dannes og trækkes tilbage. Cellernes evne til at sanse deres omgivelser er vigtig for blandt andet optagelsen af ​​næringsstoffer, men også for cellens evne til at bevæge sig i en bestemt retning. Cellens evne til at bevæge sig er afgørende for embryonal udvikling og vævsreparation, og i mange sygdomstilstande, såsom når kræftceller spredes (metastaserer), samt ved betændelse og fibrose. Ved at forstå de cellulære og molekylære mekanismer, der styrer cellebevægelser, kan vi udvikle bedre diagnostik og behandling af kræft og andre sygdomme.

"Det er den lokale aktivitet af signalmolekylet Rac1, der paradoksalt nok styrer både fremspring og tilbagetrækning af de mikroskopiske cellemembraner ved at skifte mellem en aktiv og en inaktiv tilstand i forskellige dele af cyklussen," siger professor Staffan Strömblad, der sammen med sin gruppe ved Institut for Biovidenskab og Ernæring, Karolinska Institutet, er ansvarlig for undersøgelsen. "Vi har også for første gang været i stand til at vise, at Rac1 styrer de mekaniske kræfter mellem cellen og dens fastgørelsesflade."

Ved at studere levende celler med højopløselig konfokal mikroskopi har de været i stand til at måle Rac1s aktivitet lokalt i cellerne over tid ved hjælp af en fluorescerende biosensor. Samtidig har de målt de trækkræfter, som cellerne udøver på deres fastgørelsesflader med "trækkraftsmikroskopi." Ved hjælp af en laser i mikroskopet har de også kunnet aktivere eller blokere Rac1s aktivitet lokalt i cellerne ved at bruge en såkaldt optogenetisk probe. Herefter blev effekterne målt lokalt i cellernes membraner over tid ved hjælp af avanceret billedanalyse og statistisk behandling.

Næste trin for gruppen bliver at se på molekylært niveau kort, hvordan Rac1 kan kontrollere både fremspring og tilbagetrækning af lokale cellemembraner, og hvordan Rac1 styrer cellens strømgenererende maskineri.