Мир клеточного масштаба полон удивительных тайн. Одним из самых поразительных явлений является способность эукариотических клеток – тех, у которых есть ядро – радикально изменять свою форму и структуру цитоскелета, чтобы продвигаться сквозь крошечные отверстия и узкие проходы, даже если они меньше диаметра самого ядра. Как эта трансформационная магия происходит на молекулярном уровне? Каковы физические механизмы, управляющие этой удивительной деформацией?
Группа профессора Йоахима Редлера с кафедры экспериментальной физики ЛМУ, специализирующаяся на самоорганизации и динамике живых клеток, взялась за разгадку этой загадки. В исследовании, опубликованном в престижном журнале Science Advances, команда Редлера проанализировала поведение клеток при прохождении через ограниченные пространства.
Клетка – эластичный актор на сцене микромира
“Клетки – это не пассивные объекты, а активные системы с удивительной эластичностью
“, – поясняет профессор Редлер. Его команда стремится понять, что определяет индивидуальную форму, скорость и ориентацию каждой клетки в этом танце микроскопического мира. Для этого они создали синтетические микроструктуры – своеобразные лабораторные лабиринты – где клетки могут свободно перемещаться и взаимодействовать с окружающей средой.
В этой контролируемой обстановке, используя сканирующую покадровую микроскопию, исследователи наблюдают за множеством отдельных клеток, продвигающихся сквозь материал. Движение анализируется с помощью моделей, разработанных группой профессора Чейза Бродерса из Университета Амстердама, превращая кадр за кадром в цифровую историю миграции.
Раковые клетки – герои эксперимента
В центре внимания этой микроскопической оперы оказались раковые клетки, продвигающиеся по деформируемым трехмерным гидрогелевым каналам. “Благодаря конфокальной визуализации и отслеживанию смещения шариков гидрогеля мы смогли запечатлеть трансформацию ядра и силы, действующие на него во время прохождения через сужения”, – рассказывает доктор Стефан Штеберль, ведущий автор исследования.
Результаты наблюдений поразительны: ядро клетки демонстрирует удивительную пластичность, обратимо уменьшая свой объем при сдавливании. Более того, исследователи обнаружили двухфазную динамику миграции – форма ядра меняется в два этапа во время прохождения канала. Скорость миграции и частота переходов от ширины канала зависят от этого двухуровневого механизма, достигая пика при размере канала, сравнимом с диаметром самого ядра.
Физическая модель: танец сил цитоскелета
Редлер и его команда предлагают физическую модель, объясняющую эти наблюдаемые формы ядер и динамику прохождения. “Мы видим, что цитоскелет генерирует силы, меняя свой режим работы – от вытягивания к выталкиванию – по мере увеличения степени удержания ядра”, – говорит профессор Редлер.
Эта модель – как танец сил, где актеры – микрофиламенты и микротрубочки цитоскелета, а сцена – сжатое пространство канала. Понимание этих движений открывает путь к идентификации ключевых элементов цитоскелета, участвующих в инвазии раковых клеток – процесса, который лежит в основе многих онкологических заболеваний.
Исследование Редлера и его команды не просто расширяет наши знания о микромире клетки, но и открывает новые горизонты для разработки стратегий борьбы с раком, нацеленных на disruption этого танцевального механизма миграции.
