Назад
Международная группа исследователей обнаружила, что раковые клетки могут тяготеть к определенным механическим условиям, что дает новое представление о том, как метастазирует рак.
Полученные результаты, опубликованные в журнале Nature Materials, помогут понять, как распространяется рак и улучшить будущие методы лечения. В своем предыдущем исследовании группа обнаружила, что клетки способны ощущать жесткость окружающей среды - от жесткой (костная ткань) до мягкой (жировая ткань) и средней жесткости (мышечная ткань) - и их способность двигаться зависит от этой среды. Их исследование показало, что клетки тяготеют к "оптимальной" жесткости, не слишком твердой и не слишком мягкой, при которой они имеют лучшую адгезию и могут двигаться быстрее. В данном исследовании ученые обнаружили, что ригидность среды влияет не только на скорость перемещения клеток, но и на направление их движения.
Дуротаксис - это форма миграции клеток, при которой клетки руководствуются градиентами жесткости, которые возникают из-за дифференциальных структурных свойств внеклеточного матрикса. В течение многих лет ученые считали, что клетки всегда тяготеют к более жесткой среде, но исследователи впервые заметили, что клетки могут двигаться к "оптимальной" жесткости.
"Это открытие ставит под сомнение существующее мнение в данной области, которое заключается в том, что клетки движутся только в сторону более жесткой среды", - сказал Дэвид Одде, профессор кафедры биомедицинской инженерии Университета Миннесоты и старший автор исследования. "Я думаю, что это открытие изменит представление об этом явлении. Наша математическая модель предсказала, а мы показали в ходе экспериментов, что клетки действительно могут двигаться в более мягкую сторону".
В ходе исследования Одде и его коллеги изучали клетки рака мозга и рака молочной железы. Они помещали клетки между двумя средами - более жесткой и более мягкой - и наблюдали, где они скапливаются. Авторы также обнаружили, что некоторые клетки, например, клетки рака молочной железы, которые они изучали, имеют механизм обратной связи, который заставляет их сильнее удерживаться в более жесткой среде, что объясняет, почему во многих предыдущих исследованиях клетки перемещались в более жесткую сторону. Однако если генетически отключить этот механизм, то клетки будут больше тяготеть к средней зоне.
"По сути, мы расшифровываем, как раковые клетки вторгаются в ткани", - говорит Одде. "Они не просто перемещаются случайным образом. На самом деле у них есть определенные пути, по которым им нравится двигаться, и если мы сможем понять это, то, возможно, нам удастся поставить им заслон". Следующим шагом исследователей будет использование этой информации для создания симулятора, который покажет, как раковые клетки перемещаются по всей опухоли, что поможет им лучше предсказать движение клеток в зависимости от их окружения.
Aleksi Isomursu et al. Направленная миграция клеток в более мягкую среду (аннотация).
Вопрос о том, как клетки ощущают жесткость ткани, чтобы направлять миграцию клеток, является фундаментальным в развитии, фиброзе и раке. Хотя миграция клеток в направлении увеличения жесткости субстрата хорошо изучена, остается неизвестным, могут ли отдельные клетки мигрировать в более мягкую среду.
В данном исследовании, используя градиенты жесткости, мы описали направленную миграцию клеток глиомы U-251MG в сторону менее жестких областей. Этот "негативный дуротаксис" не совпадает с изменениями в канонической механочувствительной сигнализации или сократимости актомиозина. Вместо этого, как предсказывает модель на основе моторного сцепления, миграция происходит в направлении областей "оптимальной жесткости", где клетки могут генерировать максимальное тяговое усилие. В соответствии с этой моделью, негативный дуротаксис избирательно нарушается и даже отменяется частичным ингибированием сократимости актомиозина. И наоборот, положительный дуротаксис может быть переключен на отрицательный путем снижения оптимальной жесткости за счет даунрегуляции талина - ключевого компонента сцепления.
Наши результаты позволяют определить молекулярный механизм, определяющий контекстно-зависимый позитивный или негативный дуротаксис, определяемый сократительным и адгезивным механизмом клетки.
