Badanie pokazuje, że komórki wykorzystują zasady mechaniczne do integracji z istniejącymi tkankami

Integracja to nie tylko problem o znaczeniu społecznym wśród ludzi, ale także problem dla komórek, które tworzą nas jako istoty ludzkie. Dodanie nowych komórek do już ustalonej populacji komórek jest niezbędne do tworzenia narządów podczas normalnego rozwoju, ale ten sam mechanizm jest często przejmowany przez komórki nowotworowe, gdy rozprzestrzeniają się w innych komórkach.

Nowe multidyscyplinarne badanie pokazuje, jak nowe komórki Podwiązanie tkanek odczytuje informacje mechaniczne z sąsiednich tkanek. Używają palców komórkowych zwanych filopodiami, aby dotykać sąsiednich komórek, aby otworzyć warstwę komórkową. Badanie zostało opublikowane w Komunikacja natury.

Nowe komórki wykorzystują struktury podobne do palców, aby otworzyć warstwę komórek gospodarza

Aby zrozumieć, w jaki sposób nowe komórki integrują się w warstwie komórkowej, grupa naukowców skupiła się na tworzeniu warstw komórkowych w warstwie komórkowej. Komórki żaby mają wiele wspólnych właściwości z komórkami ludzkimi, dlatego są przydatne w tego typu badaniach.

Podczas rozwoju płodu ta wielowarstwowa populacja komórek jest przestawiana, gdy nowe komórki przemieszczają się z tkanki do tkanki. Proces ten musi przebiegać z precyzyjną precyzją, aby każda przychodząca komórka była odpowiednio ustawiona.

Mikrofotografie o wysokiej rozdzielczości pokazały, że komórki doprowadzające rozciągają struktury przypominające palce w kierunku warstwy komórek, na której leżą.

Szczegółowe analizy eksperymentów z modelem teoretycznym ujawniły następnie, że komórki doprowadzające używają wypustek przypominających palce do cofania głów warstwy żywiciela, głównie w celu sprawdzenia, czy mogą otworzyć głowę i włożyć się.

Amin Dostmohammadi, profesor nadzwyczajny i szef Smart Active Matter Group w Instytucie Nielsa Bohra, wyjaśnia, jak to działa: „Odkryliśmy specyficzny kompleks białkowy, który gromadzi się w głowie i umożliwia formowanie się palców z przychodzących komórek. kontakt fizyczny z głową. To tak, jakby nadchodzące komórki losowo wyciągały ramiona, aby zobaczyć, gdzie mogą się przyczepić”.

Modele fizyczne przewidują zachowanie żywych tkanek

„Następnie zwróciliśmy się do fizycznego modelu komputerowego warstwy komórek, aby sprawdzić, czy możemy przewidzieć, które wierzchołki będą najbardziej podatne na te siły ciągnące” – mówi Dost Mohammadi. „Kropki łączące cztery lub więcej komórek mają większe szanse na otwarcie niż kropki łączące trzy komórki”.

„Podobny trend zaobserwowano w eksperymentach, potwierdzając przewidywania teoretyczne i pokazując, że już nadchodzące komórki wykorzystują siły oporu, aby znaleźć najsłabsze punkty w warstwie gospodarza, aby się wstawić”.

Eksperymenty fizyczne i biologiczne idą w parze

Naukowcy wykorzystali bardzo prosty model fizyczny sieci wierzchołków połączonych ze sobą krawędziami jako alternatywę dla złożonej sieci tworzonej przez komórki.

„Dzięki temu prostemu modelowi możemy następnie przetestować różne typy głowic. Możemy je pociągnąć, aby zasymulować siły rozciągające wywierane przez nowe komórki, a także sprawdzić, jakie napięcie mogą wytrzymać głowice napinające i czy rzeczywiście mogą się otworzyć, gdy wynik.”

„To była naprawdę dyskusja między modelem a eksperymentami, fizyką i biologią: zaprojektuj prosty model, zmodyfikuj go, aby jak najlepiej odzwierciedlał kluczowe elementy eksperymentu, a następnie dokonaj przewidywań, które zostały zweryfikowane podczas eksperymentów”.

Przychodzące komórki tworzą własne gniazda w warstwach istniejących komórek

Jednak w tym momencie nie było jasne, w jaki sposób powstały te słabe punkty. „Kiedy nie ma przychodzącej komórki, w warstwie komórek jest bardzo mało słabych punktów, a większość wierzchołków łączy ze sobą tylko trzy komórki. Ku naszemu zaskoczeniu zdaliśmy sobie sprawę, że dokładnie wtedy, gdy napływające komórki zbliżają się do warstwy komórek, istnieje duża liczba wierzchołków łączących, pokazujących cztery lub pięć komórek, co sugeruje, że być może same komórki doprowadzające mogą wpływać na powstawanie luk w górnej warstwie komórek” – mówi Dostmohammadi.

Mechanika kieruje integracją komórek

Te nowe odkrycia podkreślają znaczenie informacji mechanistycznych w kierowaniu ruchem komórek podczas rozwój zarodkowy i zapewniają lepsze zrozumienie, w jaki sposób wykorzystują struktury przypominające palce (nogi włókien), wspólną cechę inwazyjnych krabów, do wykrywania sąsiednich komórek.

„To niesamowite widzieć, jak cały ten proces jest mechaniczny. Komórki nie mają mózgu ani mechanizmu podejmowania decyzji. Dlatego fascynujące jest odkrywanie, w jaki sposób napływające komórki wyciągają słabe punkty, badają i wybierają z taką precyzją, że komórka warstwa jest obecna, a środowisko jest niesprzyjające.” komórki modyfikują warstwę i wstawiają się” – dodaje Dost Mohammadi.

„Zrozumienie uzyskane dzięki odkryciu mechanizmów wchodzenia do komórek ma implikacje dla sytuacji, w których obecne są niechciane komórki, takie jak Komórki nowotworowezaatakować warstwę komórkową. To zrozumienie jest warunkiem wstępnym rozwoju późniejszych terapii terapeutycznych”.

Praca została opublikowana w czasopiśmie Komunikacja natury.