Mänskliga vita blodkroppar, känd som leukocyter, simma med en nybeskriven mekanism som kallas molekylär paddling, forskare rapporterar i 15 september-numret av Biofysisk tidskrift . Denna mikrosimmekanism kan förklara hur både immunceller och cancerceller migrerar i olika vätskefyllda nischer i kroppen, till gott eller ont.

"Förmågan hos levande celler att röra sig autonomt är fascinerande och avgörande för många biologiska funktioner, men mekanismerna för cellmigration är fortfarande delvis förstådda, " säger co-senior studieförfattaren Olivier Theodoly från Aix-Marseille University i Frankrike. "Våra fynd kastar nytt ljus över migrationsmekanismerna för amöboceller, vilket är ett avgörande ämne inom immunologi och cancerforskning."

Celler har utvecklat olika strategier för att migrera och utforska sin miljö. Till exempel, spermier, mikroalger, och bakterier kan simma genom formdeformationer eller genom att använda ett piskliknande bihang som kallas flagellum. Däremot somatiska däggdjursceller är kända för att migrera genom att fästa på ytor och krypa. Det är allmänt accepterat att leukocyter inte kan migrera på 2D-ytor utan att fästa vid dem.

En tidigare studie rapporterade att vissa mänskliga vita blodkroppar som kallas neutrofiler kunde simma, men ingen mekanism påvisades. En annan studie visade att musleukocyter kunde provoceras på konstgjord väg att simma. Det anses allmänt att cellsimning utan flagell kräver förändringar i cellform, men de exakta mekanismerna bakom leukocytmigrering har diskuterats.

I motsats till tidigare studier, Theodoly, co-senior studie författare Chaouqi Misbah vid Grenoble Alpes universitet, och deras medarbetare tillhandahåller experimentella och beräkningsbevis i den nya studien att mänskliga leukocyter kan migrera på 2D-ytor utan att fastna på dem och kan simma med hjälp av en mekanism som inte är beroende av förändringar i cellform. "Att titta på cellrörelser ger en illusion av att celler deformerar sin kropp som en simmare, " säger Misbah. "Även om leukocyter visar mycket dynamiska former och verkar simma med ett bröstsimläge, vår kvantitativa analys tyder på att dessa rörelser är ineffektiva för att driva celler."

Istället, cellerna paddlar med hjälp av transmembranproteiner, som spänner över cellmembranet och sticker ut utanför cellen. Forskarna visar att löpband med membran - bakåtrörelse av cellytan - driver leukocytmigrering i fasta eller flytande miljöer, med och utan vidhäftning.

Dock, cellmembranet rör sig inte som ett homogent löpband. Vissa transmembranproteiner är kopplade till aktinmikrofilament, som utgör en del av cytoskelettet och drar ihop sig för att låta cellerna röra sig. Aktincytoskelettet är allmänt accepterat som den molekylära motorn som driver cellkrypning. De nya rönen visar att aktinbundna transmembranproteiner paddlar och driver cellen framåt, medan fritt spridande transmembranproteiner hindrar simning.

Forskarna föreslår att kontinuerlig paddling möjliggörs av en kombination av aktindriven extern löpband och inre återvinning av aktinbundna transmembranproteiner genom vesikulär transport. Specifikt, paddlingsproteinerna på baksidan av cellen är inneslutna i en vesikel som klämmer av från cellmembranet och transporteras till cellens framsida. Däremot de icke-paddlande transmembranproteinerna sorteras bort och genomgår inte denna process av intern återvinning genom vesikulär transport.

"Denna återvinning av cellmembranet studeras intensivt av samhället som arbetar med intracellulär vesikulär trafik, men dess roll i motilitet övervägdes knappast, "Theodoly säger. "Dessa funktioner av proteinsortering och trafficking verkade mycket sofistikerade för simning. Våra utredningar, till vår egen förvåning, överbrygga så avlägsna domäner som mikrosimmares fysik och biologin för vesikulär trafik."

Författarna säger att molekylär paddling kan tillåta immunceller att grundligt utforska alla platser i kroppen när de migrerar i vätskefyllda nischer som svullna kroppsdelar, infekterade blåsor, cerebrospinalvätska, eller fostervatten. Går vidare, forskarna planerar att undersöka funktionerna av molekylär paddling i olika miljöer och bedöma om andra typer av celler använder detta migrationssätt.