För att känna av sin lokala miljö skickar och drar celler ständigt ut utsprång vid cellkanten. Bilderna visar en del av en cell segmenterad i 1 x 1 mikrometers provtagningsfönster som används för att analysera dess lokala beteende. De röda pilarna i den vänstra bilden indikerar hastigheten och riktningen för lokala rörelser för varje segment vid cellkanten. Den mellersta bilden visar aktivitetsnivåerna för signalproteinet Rac1, medan den vänstra bilden visar nivåerna av de mekaniska krafterna som genereras där cellen fäster på den underliggande ytan. Kredit:Jianjiang Hu
En ny studie av forskare vid Karolinska Institutet visar att den lokala aktiviteten hos signalmolekylen Rac1 styr cykler av mikroskopiska utsprång och tillbakadragningar av cellmembranet. Cellen använder dessa cykler för att känna av sin omgivning, vilket bland annat påverkar cellens förmåga att röra sig. Förståelse för de cellulära och molekylära mekanismer som styr cellrörelser kan hjälpa oss att utveckla bättre diagnostik och behandling av olika sjukdomar som cancer.
För att känna av sin omgivning använder celler cykler där mikroskopiska cellutsprång bildas och dras tillbaka. Cellernas förmåga att känna av sin omgivning är viktig för bland annat upptaget av näringsämnen, men också för cellens förmåga att röra sig i en viss riktning. Cellens förmåga att röra sig är avgörande för embryonal utveckling och vävnadsreparation, och vid många sjukdomstillstånd, som när cancerceller sprids (metastaserar), samt vid inflammation och fibros. Genom att förstå de cellulära och molekylära mekanismerna som styr cellrörelser kan vi utveckla bättre diagnostik och behandling för cancer och andra sjukdomar.
"Det är den lokala aktiviteten hos signalmolekylen Rac1 som paradoxalt nog styr både utskjutande och tillbakadragande av de mikroskopiska cellmembranen genom att växla mellan ett aktivt och ett inaktivt tillstånd i olika delar av cykeln", säger professor Staffan Strömblad, som tillsammans med sin grupp vid institutionen för biovetenskap och nutrition, Karolinska Institutet, ansvarar för studien. "Vi har också för första gången kunnat visa att Rac1 styr de mekaniska krafterna mellan cellen och dess fästyta."
Genom att studera levande celler med högupplöst konfokalmikroskopi har de kunnat mäta Rac1:s aktivitet lokalt i cellerna över tid med hjälp av en fluorescerande biosensor. Samtidigt har de mätt de dragkrafter som cellerna utövar på sina fästytor med "dragkraftsmikroskopi". Med hjälp av en laser i mikroskopet har de även kunnat aktivera eller blockera Rac1:s aktivitet lokalt i cellerna genom att använda en så kallad optogenetisk sond. Därefter mättes effekterna lokalt i cellernas membran över tid med hjälp av avancerad bildanalys och statistisk bearbetning.
Nästa steg för gruppen blir att se på molekylär nivå kartlägga hur Rac1 kan kontrollera både utskjutande och tillbakadragande av lokala cellmembran, och hur Rac1 styr cellens kraftgenererande maskineri.
