Menneskelige hvide blodlegemer bruger molekylære padler til at svømme

Menneskelige hvide blodlegemer, kendt som leukocytter, svømme ved hjælp af en nyligt beskrevet mekanisme kaldet molekylær padling, forskere rapporterer i 15. september udgave af Biofysisk Journal . Denne mikrosvømningsmekanisme kunne forklare, hvordan både immunceller og kræftceller vandrer i forskellige væskefyldte nicher i kroppen, på godt eller ondt.

"Levende cellers evne til at bevæge sig selv er fascinerende og afgørende for mange biologiske funktioner, men mekanismer for cellemigration forbliver delvist forstået, "siger co-senior studie forfatter Olivier Theodoly fra Aix-Marseille University i Frankrig." Vores resultater kaster nyt lys over migrationsmekanismerne for amoeboidceller, som er et afgørende emne inden for immunologi og kræftforskning. "

Celler har udviklet forskellige strategier til at migrere og udforske deres miljø. For eksempel, sædceller, mikroalger, og bakterier kan svømme gennem formdeformationer eller ved at bruge et pisklignende vedhæng kaldet et flagellum. Derimod, somatiske pattedyrsceller vides at migrere ved at fæstne sig til overflader og kravle. Det er almindeligt accepteret, at leukocytter ikke kan migrere på 2-D overflader uden at følge dem.

En tidligere undersøgelse rapporterede, at visse humane hvide blodlegemer kaldet neutrofiler kunne svømme, men der blev ikke påvist nogen mekanisme. En anden undersøgelse viste, at muselukocytter kunstigt kunne provokeres til at svømme. Det er udbredt opfattelse, at celle svømning uden flagellum kræver ændringer i celleform, men de præcise mekanismer, der ligger til grund for leukocytmigration, er blevet diskuteret.

I modsætning til tidligere undersøgelser, Theodoly, co-senior studie forfatter Chaouqi Misbah fra Grenoble Alpes University, og deres samarbejdspartnere leverer eksperimentelle og beregningsmæssige beviser i den nye undersøgelse af, at humane leukocytter kan migrere på 2-D overflader uden at holde sig til dem og kan svømme ved hjælp af en mekanisme, der ikke er afhængig af ændringer i celleform. "At se på cellebevægelse giver en illusion om, at celler deformerer deres krop som en svømmer, "Misbah siger." Selvom leukocytter viser meget dynamiske former og ser ud til at svømme med en brystslagstilstand, vores kvantitative analyse tyder på, at disse bevægelser er ineffektive til at drive celler. "

I stedet, cellerne padler ved hjælp af transmembrane proteiner, som spænder over cellemembranen og stikker ud af cellen. Forskerne viser, at membran løbebånd - bagudgående bevægelse af celleoverfladen - driver leukocytmigration i faste eller flydende miljøer, med og uden vedhæftning.

Imidlertid, cellemembranen bevæger sig ikke som et homogent løbebånd. Nogle transmembrane proteiner er knyttet til aktinmikrofilamenter, som udgør en del af cytoskeletet og trækker sig sammen for at tillade celler at bevæge sig. Actin -cytoskelet er bredt accepteret som den molekylære motor, der driver cellekryp. De nye fund viser, at actinbundne transmembrane proteiner padler og driver cellen frem, der henviser til, at frit diffunderende transmembrane proteiner forhindrer svømning.

Forskerne foreslår, at kontinuerlig padling muliggøres af en kombination af aktindrevet eksterne løbebånd og indre genbrug af aktinbundne transmembranproteiner gennem vesikulær transport. Specifikt, padleproteinerne på bagsiden af ​​cellen er lukket inde i en vesikel, der klemmer af fra cellemembranen og transporteres til cellens forside. Derimod, de ikke-padlende transmembranproteiner sorteres fra og gennemgår ikke denne proces med intern genanvendelse gennem vesikulær transport.

"Denne genbrug af cellemembranen studeres intensivt af samfundet, der arbejder på intracellulær vesikulær trafik, men dens rolle i motilitet blev næppe overvejet, "Theodoly siger." Disse funktioner ved proteinsortering og trafficking virkede meget sofistikerede til svømning. Vores undersøgelser, til vores egen overraskelse, bygge bro over fjerntliggende domæner som mikrosvømmers fysik og vesikeltrafikens biologi. "

Forfatterne siger, at molekylær padling kunne tillade immunceller grundigt at undersøge alle steder i kroppen, når de vandrer i væskefyldte nicher, såsom hævede kropsdele, inficerede blærer, cerebrospinalvæske, eller fostervand. Bevæger sig fremad, forskerne planlægger at undersøge funktionerne ved molekylær padling i forskellige miljøer og vurdere, om andre celletyper bruger denne migrationsmåde.