Invasieve cellen gebruiken een truc om door weefsels te breken en zich naar andere delen van het lichaam te verspreiden, onderzoekers melden.

In een nieuwe studie, 3-D time-lapse-beeldvorming van cellulaire "inbraken" in de transparante worm C. elegans onthult een vluchtige, maar sleutelstructuur in actie. Een enkel uitsteeksel puilt uit het celoppervlak, wiggen een gat door de beschermende laag die de cel scheidt van andere weefsels, en zwelt op totdat de bres breed genoeg is om de hele cel er doorheen te persen.

Deze bevindingen kunnen wijzen op nieuwe manieren om metastase te voorkomen, de verspreiding van kankercellen, wat de ziekte doorgaans dodelijker en moeilijker te behandelen maakt. Het werk verscheen op 20 november in het tijdschrift Ontwikkelingscel .

De meeste cellen in het lichaam blijven zitten. Maar van tijd tot tijd, cellen dringen andere weefsels binnen, zei hoofdauteur David Sherwood, een biologieprofessor aan de Duke University.

Het vermogen van cellen om te breken en binnen te komen is van cruciaal belang voor veel normale processen, zoals wanneer de placenta zich tijdens de vroege zwangerschap aan de baarmoeder hecht, of wanneer immuuncellen zich een weg banen door de wanden van bloedvaten om op plaatsen van verwonding of infectie te komen.

Celinvasie wordt gekaapt tijdens metastase, wanneer kankercellen hun oorspronkelijke tumorplaatsen verlaten en zich verspreiden naar andere delen van het lichaam.

Verspreiden, een cel moet eerst een plaatachtig netwerk van eiwitten en andere moleculen binnendringen, het basaalmembraan genoemd, die weefsels ondersteunt en omringt als een Kevlar-wikkel.

Een van de eerste stappen in dit doorbraakproces werd 30 jaar geleden erkend, zei Sherwood. Het basaalmembraan is te dicht om er doorheen te glippen, dus binnendringende cellen beginnen met het naar buiten duwen van kleine "voetjes" die vele malen fijner zijn dan een mensenhaar, invadopodia genoemd. Deze zuigerachtige uitsteeksels schieten om de paar seconden uit het celoppervlak en trekken zich dan terug, totdat men een klein gaatje in het basaalmembraan slaat. Wat gebeurt er na de eerste inbreuk, echter, was minder duidelijk.

In de nieuwe studie onderzoekers identificeren een tweede structuur die het overneemt nadat invadopodia de eerste punctie hebben gemaakt.

De groep van Sherwood gebruikte een camera die aan een krachtige microscoop was bevestigd om elke vijf minuten tot drie uur lang elke vijf minuten foto's te maken van binnendringende wormcellen.

Ze volgden een gespecialiseerde cel genaamd de ankercel, die door het basaalmembraan breekt dat de baarmoeder van de worm scheidt van zijn vulva om ze te verbinden zodat de worm eieren kan leggen.

Sherwood en collega's ontdekten dat de C. elegans-ankercel deze taak volbrengt met behulp van een enkel groot uitsteeksel dat in het kleine gaatje wordt geklemd dat door de invadopodia is gemaakt, als een voet tussen de deur. Naarmate het uitsteeksel groter wordt, het schuift het basaalmembraan opzij en vergroot het bestaande gat.

In plaats van uit te rekken als een ballon, vonden de onderzoekers, het uitsteeksel wordt opgeblazen door van binnenuit aan het celmembraan toe te voegen. Kleine zakjes in de cel, lysosomen genaamd, concentreren zich op de plaats van de breuk. Eenmaal daar, ze versmelten met het buitenmembraan van de cel, het vergroten van zijn oppervlakte. Naarmate het uitsteeksel opzwelt, een eiwit genaamd dystroglycan-clusters aan de basis om te voorkomen dat de uitstulping leegloopt.

De duwende krachten "maken een pad vrij voor invasie, vergelijkbaar met de manier waarop een ballonkatheter opblaast om een ​​slagader te openen, " zei Sherwood. Binnen een half uur trekt het samen, laat een gat achter dat breed genoeg is om de cel doorheen te laten gaan.

Om het uitsteeksel te maken, de studie laat zien, de cel vertrouwt op een chemische cue genaamd netrine en zijn receptor om lysosomen naar de plaats te leiden. Hoge netrinespiegels zijn in verband gebracht met metastase bij tal van menselijke kankers, wat suggereert dat het mechanisme dat de onderzoekers vonden een gemeenschappelijk kenmerk is van invasieve cellen, zei Sherwood.

De bevindingen kunnen ook verklaren waarom medicijnen die zijn ontworpen om de verspreiding van kanker te blokkeren door zich te richten op binnenvallende cellen, hebben gefaald.

Verschillende voorgestelde behandelingen werken door het remmen van enzymen die metalloproteïnasen worden genoemd en die het basaalmembraan oplossen. De reden waarom dergelijke therapieën beperkt succes hebben gehad in klinische onderzoeken, Sherwood zei, kan zijn omdat ze een cruciale speler in de progressie van kanker negeren - deze opblaasbare uitsteeksels die uit de tumorcel puilen en het basaalmembraan opzij duwen.

Uitzoeken hoe de netrine-route kan worden geblokkeerd en kan worden voorkomen dat kankercellen nieuwe uitsteeksels maken, zou hen een cruciaal hulpmiddel kunnen ontnemen dat ze gebruiken om zich te verspreiden, zei Sherwood.

"Migrerende cellen hebben een opmerkelijk repertoire van invasietactieken, "Zei Sherwood. "Deze studie onthult nog een truc die ze in petto hebben."