Исследователи из Университета здравоохранения и науки Орегона выявили ранее неизвестную внутриклеточную систему, которая обеспечивает быстрое перемещение белков к переднему краю клетки. Это открытие меняет представления о механизмах движения клеток, распространения рака и заживления ран.

Новая система внутриклеточного транспорта

Ранее считалось, что транспортировка белков внутри клетки происходит в основном за счет случайной диффузии, когда молекулы перемещаются хаотично до достижения нужной области. Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что клетки используют направленные потоки жидкости для активного перемещения белков, таких как актин, к переднему краю, где происходят рост, движение и восстановление тканей.

Экспериментальные наблюдения

В ходе экспериментов с использованием лазерной микроскопии ученые временно делали белки невидимыми в определенной области клетки, чтобы отслеживать их перемещение. В результате была обнаружена дополнительная темная полоса на переднем краю клетки — в зоне, вытягивающейся при движении. Дальнейший анализ показал, что эта полоса представляет собой волну растворимого актина, быстро продвигающуюся вперед, что указывает на иной механизм доставки белков, отличающийся от случайной диффузии.

Механизм направленных потоков

С помощью специализированных методов визуализации было установлено, что клетки формируют направленные потоки жидкости, которые перемещают актин и другие белки к переднему краю значительно быстрее, чем это возможно при одной только диффузии. Эти потоки неспецифичны и способны транспортировать сразу несколько типов белков, обеспечивая эффективную поддержку движения клеточных отростков, прикрепления и быстрых изменений формы, необходимых для клеточного движения, иммунных реакций и восстановления тканей.

Структурные особенности

Исследование показало, что потоки возникают в специализированной области на переднем краю клетки, отделенной от остальной части конденсатом актина и миозина, который служит физической границей и направляет белки к выдвигающемуся краю.

Технологии и методы

Для наблюдения за внутренними потоками команда разработала модифицированную версию метода флуоресцентной микроскопии, активируя флуоресцентные молекулы в одной точке и отслеживая их перемещение. Один из ключевых экспериментов получил название FLOP (Fluorescence Leaving the Original Point). В работе использовались современные инструменты визуализации, включая технику iPALM, позволяющую различать структуры на нанометровом уровне.

Значение для медицины и биологии

Открытие может объяснить высокую агрессивность некоторых раковых клеток, обладающих этим механизмом быстрой доставки белков к переднему краю. Понимание различий в использовании этой системы между раковыми и нормальными клетками может способствовать разработке новых стратегий для замедления или остановки распространения опухолей.

Междисциплинарный подход

В исследовании участвовали специалисты в области инженерии, физики, микроскопии и клеточной биологии, а также эксперты по флуоресцентной спектроскопии и 3D-визуализации из исследовательского центра Janelia Research Campus.

Перспективы применения

Обнаруженная система описывается как функциональный компартмент, не ограниченный мембраной, но играющий важную роль в организации поведения клетки. Ожидается, что это открытие окажет влияние на исследования рака, разработку методов доставки лекарств, восстановление тканей и синтетическую биологию.