Studerer en celler, der kryber bevægelse i en væske

Cellens motilitet, spontan bevægelse af celler fra et sted til et andet, spiller en grundlæggende rolle i mange biologiske processer, herunder immunrespons og metastase. Nylige fysikundersøgelser har samlet nye beviser, der tyder på, at pattedyrsceller ikke kun kravler på faste underlag, herunder komplekse 3D-medier i et væv, men kan også svømme i væske.

I en nylig undersøgelse, et team af forskere ved University Grenoble Alpes og CNRS (National Center for Scientific Research) forsøgte at kaste lys over mekanismerne bag starten af ​​motilitetsceller i suspension, som ville opstå, hvis de bevægede sig i væsker. Deres papir, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , præsenterer en model, der kobler actin og myosinkinetik med væskestrøm, som de anvendte på en sfærisk og en ikke-sfærisk form.

"Nylige undersøgelser har antydet, at vedhæftning ikke er nødvendig for celler til at bevæge sig i et tredimensionelt miljø, og har endda vist, at celler i immunsystemet kan svømme, når de suspenderes i en væske, "sagde forskerne, der gennemførte undersøgelsen, til Phys.org via e -mail.

En celles bevægelse gennem et væv kan være, i hvert fald til en vis grad, sammenlignet med dens svømmebevægelse i en gel sammensat af kollagenfilamenter og interstitiel væske. Denne særlige svømmebevægelse, imidlertid, gør cellerne lidt autonome fra et underlag, tillader dem at navigere gennem ethvert organ uden at skulle tilpasse sig skiftevis ekstracellulære ligander, hvilket i stedet ville være påkrævet ved kravling på et solidt underlag.

Teamet ved University of Grenoble Alpes ønskede at vise, at celler kan svømme i en væske ved hjælp af de samme eller meget lignende mekanismer, som de bruger, når de kravler på et fast stof. Ud over, de ønskede at undersøge oprindelsen til denne motilitet og afdække feedbacken fra det eksterne medium til interne celleprocesser.

"Selvom vi samarbejdede tæt med flere eksperimenterende for at opbygge vores indsigt i problemet og indsamlede relevante størrelsesordener for de fysiske størrelser, vi manipulerer, vores tilgang var for det meste teoretisk for dette papir, og motiveret af observationen af, at celler effektivt skal navigere i stedet for at være bundet til et substrat (dvs. kravler), "sagde forskerne.

Cytoplasmaet af celler indeholder proteiner kaldet actiner og myosiner. Inden en celle faktisk begynder at flytte fra et sted til et andet, actinmolekyler samler sig selv i et netværk langs cellemembranen, kendt som 'cortex'.

Cellemodellen, som forskerne har udtænkt, har to nøglekomponenter:en gel af actin cortex og myosin motorer. Myosin -motorerne samler aktingelen, i sidste ende skaber en strøm af actin og myosin proteiner mod områder med høj myosinkoncentration. Til sidst, dette resulterer i, at alt myosin koncentreres et enkelt sted, med aktin, der flyder mod det.

"Dette flow fortsætter konstant, fordi nye actinmolekyler tilføjes i den modsatte ende af cellen, "forklarede forskerne." Vi har vist, at cellen opnår en spontan polaritet (dvs. actinmolekyler tilsættes ved den ene pol og fjernes i den anden ende, på en bæredygtig måde). Aktinstrømmen langs membranen griber fat i væsken udenfor for at opnå celledrift og frembringer et komplekst strømningsmønster i den omgivende væske. "

Forskerne observerede, at i dette scenario, en celles svømmehastighed ligner den hastighed, man kunne forvente at se, hvis den kravlede på et underlag. Dette er lidt overraskende, da det typisk er lettere at gå end at svømme for levende organismer. Ifølge forskerne, dette kunne forklares ved, at hele svømmecellens overflade i fællesskab deltager i fremdriften.

"Afhængig af celle cortex fornyelse og kontraktilitet (to aktive egenskaber, som kan kontrolleres af cellen enten genetisk eller gennem specifikke biologiske veje), vi fandt ud af, at en celle spontant kan polariseres og begynde at bevæge sig i en væske, "sagde forskerne." Det er også muligt at opnå en oscillerende adfærd, hvor cellen periodisk ændrer retning. "

Undersøgelsen giver fascinerende ny indsigt om mekanismerne bag cellers svømmemotilitet, eller, som forskerne udtrykte det, deres evne til at kravle i en væske. Deres observationer kan være særligt nyttige for biologer, der forsøger at forstå cellers bevægelse, da de antyder, at en individuel celle robust kan bevæge sig både i en væske og langs et fast substrat, anvender de samme mekanismer.

Det er nu kendt, at immunceller og metastatiske celler konfronteres med vidt forskellige miljøer, når de vandrer inden for en organisme, alligevel fandt forskerne ud af, at de mekanismer, de bruger til at navigere i disse forskellige miljøer, kan være meget ens. Interessant nok, resultaterne samlet i dette arbejde tyder også på, at en celles hastighed primært er indstillet af den kortikale viskositet, mens ekstern væskeviskositet ikke er relevant.

"Med samarbejdspartnere, der udfører eksperimenter med suspenderede migrerende celler, vi sigter mod at finde ud af, hvordan celler kan udnytte de mekanismer, vi beskriver, "sagde forskerne." Vi vil også kaste mere lys over de molekylære detaljer om, hvordan cortex -strømmen genererer forskydningskræfter i det eksterne medium, ud over cellemembranen. På den teoretiske side, vi mener, at denne model stadig har mange mulige varianter, der kan give interessante fænomener, som ville være relevante for en række dynamikker af actomyosin observeret i levende organismer. "

© 2019 Science X Network