Invasiva celler använder ett knep för att bryta igenom vävnader och sprida sig till andra delar av kroppen, forskare rapporterar.

I en ny studie, 3D time-lapse avbildning av cellulära "inbrott" i den genomskinliga masken C. elegans avslöjar en flyktig, ändå nyckelstruktur i handling. Ett enda utsprång buktar ut från cellytan, kilar ett hål genom det skyddande lagret som skiljer cellen från andra vävnader, och sväller tills springan är tillräckligt bred för att hela cellen ska kunna klämmas igenom.

Dessa fynd kan peka på nya sätt att förhindra metastaser, spridningen av cancerceller som vanligtvis gör sjukdomen mer dödlig och svår att behandla. Verket publicerades den 20 november i tidskriften Utvecklingscell .

De flesta celler i kroppen stannar kvar. Men då och då, celler tränger in i andra vävnader, sa huvudförfattaren David Sherwood, en biologiprofessor vid Duke University.

Cellernas förmåga att bryta och komma in är avgörande för många normala processer, till exempel när moderkakan fäster vid livmodern under tidig graviditet, eller när immunceller tränger sig igenom blodkärlsväggar för att ta sig till platser för skada eller infektion.

Cellinvasion kapas under metastasering, när cancerceller lämnar sina ursprungliga tumörställen och sprids till andra delar av kroppen.

Att sprida, en cell måste först penetrera ett arkliknande nät av proteiner och andra molekyler som kallas basalmembranet, som stöder och omger vävnader som ett Kevlar-omslag.

Ett av de första stegen i denna genombrottsprocess uppmärksammades för 30 år sedan, sa Sherwood. Basalmembranet är för tätt för att glida igenom, så invaderande celler börjar med att trycka ut små "fötter" många gånger finare än ett människohår, kallas invadopodia. Dessa kolvliknande utsprång hoppar ut ur cellytan med några sekunders mellanrum och dras sedan tillbaka, tills man slår ett litet hål i basalmembranet. Vad händer efter det första intrånget, dock, var mindre tydlig.

I den nya studien, forskare identifierar en andra struktur som tar över efter invadopodia gör den första punkteringen.

Sherwoods grupp använde en kamera kopplad till ett kraftfullt mikroskop för att ta bilder av invaderande maskceller var femte minut i upp till tre timmar.

De spårade en specialiserad cell som kallas ankarcellen, som bryter igenom basalmembranet som skiljer maskens livmoder från dess vulva för att koppla ihop dem så att masken kan lägga ägg.

Sherwood och kollegor upptäckte att ankarcellen C. elegans klarar denna uppgift med hjälp av ett enda stort utsprång som kilar in i det lilla hålet som skapats av invadopodia, som en fot i dörren. När utsprånget förstoras, det skjuter basalmembranet åt sidan och utökar det befintliga hålet.

Istället för att sträcka sig som en ballong, forskarna fann, utsprånget blåses upp genom att läggas till cellmembranet inifrån. Små säckar inuti cellen som kallas lysosomer koncentrerar sig vid brottplatsen. Väl där, de smälter samman med cellens yttre membran, öka dess yta. När utsprånget sväller, ett protein som kallas dystroglykankluster vid dess bas för att hålla utbuktningen från att tömmas.

De tryckande krafterna "rensar en väg för invasion som liknar hur en ballongkateter blåses upp för att öppna en artär, " sa Sherwood. Inom en halvtimme drar det ihop sig, lämnar efter sig ett hål som är tillräckligt brett för att cellen ska kunna röra sig igenom.

För att göra utsprånget, studien visar, cellen förlitar sig på en kemisk signal som kallas netrin och dess receptor för att styra lysosomer till platsen. Höga netrinnivåer har kopplats till metastaser i många humana cancerformer, vilket antyder att mekanismen som forskarna fann är en vanlig egenskap hos invasiva celler, sa Sherwood.

Fynden kan också förklara varför läkemedel som utformats för att blockera spridningen av cancer genom att rikta in sig på invaderande celler har misslyckats.

Flera föreslagna behandlingar fungerar genom att hämma enzymer som kallas metalloproteinaser som löser upp basalmembranet. Anledningen till att sådana terapier har haft begränsad framgång i kliniska prövningar, Sherwood sa, kan bero på att de ignorerar en avgörande aktör i cancerutvecklingen – dessa uppblåsbara utsprång som buktar ut från tumörcellen och trycker basalmembranet åt sidan.

Att ta reda på hur man blockerar netrinvägen och förhindrar cancerceller från att sätta ut nya utsprång kan beröva dem ett viktigt verktyg de använder för att sprida, sa Sherwood.

"Migrerande celler har en anmärkningsvärd repertoar av invasionstaktik, "Sade Sherwood. "Denna studie avslöjar ett annat trick i rockärmen."