Cellmotilitet, spontan rörelse av celler från en plats till en annan, spelar en grundläggande roll i många biologiska processer, inklusive immunsvar och metastaser. De senaste fysikstudierna har samlat nya bevis som tyder på att däggdjursceller inte bara kryper på fasta underlag, inklusive komplexa 3D-medier av en vävnad, men kan också simma i vätska.

I en färsk studie, ett team av forskare vid University Grenoble Alpes och CNRS (National Center of Scientific Research) försökte belysa mekanismerna bakom uppkomsten av motilitetsceller i suspension, som skulle uppstå om de rör sig i vätskor. Deras papper, publicerad i Fysiska granskningsbrev , presenterar en modell som kopplar aktin och myosinkinetik med vätskeflöde, som de applicerade på en sfärisk och en icke-sfärisk form.

"Nyligen genomförda studier har antytt att vidhäftning inte är nödvändig för att celler ska röra sig i en tredimensionell miljö, och har till och med visat att celler i immunsystemet kan simma när de hänger i en vätska, "sa forskarna som genomförde studien till Phys.org via e -post.

Rörelsen av en cell genom en vävnad kan vara, åtminstone till viss del, jämfört med dess simrörelse i en gel som består av kollagenfilament och interstitiell vätska. Denna speciella simrörelse, dock, gör celler något autonoma från ett underlag, låta dem navigera genom något organ utan att behöva anpassa sig till alternerande extracellulära ligander, vilket i stället skulle krävas vid krypning på ett fast underlag.

Teamet vid University of Grenoble Alpes ville visa att celler kan simma i en vätska med samma eller mycket liknande mekanismer som de använder när de kryper på ett fast ämne. Dessutom, de ville undersöka ursprunget till denna rörlighet och avslöja återkopplingen från det externa mediet till interna cellprocesser.

"Även om vi samarbetade nära med flera experimenterade för att bygga upp vår insikt om problemet och samlade relevanta storleksordningar för de fysiska mängder vi manipulerar, vårt tillvägagångssätt var mestadels teoretiskt för denna uppsats, och motiverad av observationen att celler måste navigera effektivt istället för att vara bundna till ett substrat (dvs. krypande), "sa forskarna.

Cytoplasman i celler innehåller proteiner som kallas aktiner och myosiner. Innan en cell faktiskt börjar flytta från en plats till en annan, aktinmolekyler monteras själv i ett nätverk längs cellmembranet, känd som 'cortex'.

Cellmodellen som forskarna tagit fram har två nyckelkomponenter:en gel av aktinkortex och myosinmotorer. Myosinmotorerna drar ihop aktingelen, slutligen skapa ett flöde av aktin och myosinproteiner mot områden med hög myosinkoncentration. Så småningom, detta resulterar i att allt myosin koncentreras på en enda plats, med aktin som flyter mot det.

"Detta flöde fortsätter hela tiden, eftersom nya aktinmolekyler tillsätts i cellens motsatta ände, "förklarade forskarna." Vi har visat att cellen får en spontan polaritet (dvs. aktinmolekyler tillsätts vid en pol och avlägsnas i andra änden, på ett hållbart sätt). Aktinflödet längs membranet tar tag i vätskan utanför för att uppnå celldrivning och ger ett komplext flödesmönster i den omgivande vätskan. "

Forskarna observerade att i detta scenario, en cells simhastighet liknar den hastighet som man kan förvänta sig att se om den kryper på ett underlag. Detta är lite förvånande, eftersom promenader vanligtvis är lättare än att simma för levande organismer. Enligt forskarna, detta kan förklaras av det faktum att hela ytan på simcellen gemensamt deltar i framdrivningen.

"Beroende på cellcortexförnyelse och kontraktilitet (två aktiva egenskaper som kan kontrolleras av cellen antingen genetiskt eller genom specifika biologiska vägar), vi fann att en cell spontant kan polariseras och börja röra sig i en vätska, "sa forskarna." Det är också möjligt att få ett oscillerande beteende där cellen regelbundet ändrar riktning. "

Studien erbjuder fascinerande ny insikt om mekanismerna bakom cellmotiliteten hos celler, eller, som forskarna uttryckte det, deras förmåga att krypa i en vätska. Deras observationer kan vara särskilt användbara för biologer som försöker förstå cellernas rörelse, eftersom de antyder att en enskild cell robust kan röra sig både i en vätska och längs ett fast underlag, använder samma mekanismer.

Det är nu känt att immunceller och metastatiska celler konfronteras med väldigt olika miljöer när de migrerar inom en organism, men forskarna fann att de mekanismer de använder för att navigera i dessa olika miljöer kan vara mycket lika. Intressant, fynden som samlats in i detta arbete tyder också på att cellens hastighet främst bestäms av kortikal viskositet, medan yttre vätskeviskositet inte är relevant.

"Med samarbetspartners som utför experiment med suspenderade migrerande celler, vi syftar till att hitta hur celler kan utnyttja de mekanismer vi beskriver, "sa forskarna." Vi vill också belysa de molekylära detaljerna om hur cortexflödet genererar skjuvkrafter i det yttre mediet, bortom cellmembranet. På den teoretiska sidan, Vi tror att denna modell fortfarande har många möjliga varianter som kan ge intressanta fenomen som skulle vara relevanta för en rad dynamik av aktomyosin som observerats i levande organismer. "

© 2019 Science X Network