Onderzoekers van het Mechanobiologisch Instituut, Singapore (MBI) aan de Nationale Universiteit van Singapore, melden dat endocytose, waarvan eerder werd gedacht dat het een willekeurig proces was, eigenlijk gebeurt op een gecoördineerde manier door collectieve dynamiek. Het werk, onder leiding van universitair docent Wu Min, toonde aan hoe een belangrijke endocytische route gemedieerd door het eiwit clathrine, bleek te beginnen met periodiek reizende golven van clathrin, die tijdelijk en ruimtelijk waren gekoppeld aan stroomafwaartse corticale actinegolven. Clathrin-endocytische golven werden hier geïdentificeerd als de stroomopwaartse initiator van corticale actinegolven. Dit werk is gepubliceerd in Ontwikkelingscel op 20 november 2017.

"Vogels van een veer komen samen" is een oud spreekwoord dat de collectieve dynamiek van de natuur gebruikt om de groeperingsneigingen van levende wezens te beschrijven. Vogels komen niet alleen samen, maar ook talloze voorbeelden gedurende het hele leven, van macroscopisch tot microscopisch, inclusief scholen vissen, kolonies van bacteriën, groepen migrerende cellen en zelfs sommige eiwitten. Collectieve dynamiek is daarom een ​​natuurlijk fenomeen dat optreedt wanneer de dynamiek van elk individu binnen de groep met elkaar wordt gesynchroniseerd, waardoor een collectief visueel en functioneel effect ontstaat.

Binnen cellen, collectieve dynamiek van het cytoskelet eiwit actine is bekend. Actine is een filamenteus eiwit, die samen met andere cytoskeletelementen een dynamisch netwerk van filamenten vormt die zowel structurele ondersteuning, evenals kritische functionele mogelijkheden, naar de cel. De gecoördineerde montage en demontage van actine in de celcortex, die net onder het plasmamembraan ligt, genereert corticale actinegolven die cruciaal zijn voor belangrijke celfuncties, waaronder migratie en celpolariteit.

Hoewel eiwitten zijn geïdentificeerd die deelnemen aan de vorming van corticale golven, de factoren/processen die het ontstaan ​​ervan veroorzaken, of de richtingen bepalen waarin ze zich zullen voortplanten, waren niet bekend.

De rol van clathrine bij het initiëren van corticale actinegolven

Aangezien is gevonden dat endocytische eiwitten zoals F-BAR een rol spelen in corticale actinegolven, de onderzoekers probeerden het verband tussen endocytose en corticale actinegolven te begrijpen. Endocytose is een fundamenteel membraantransportproces waarbij cellen externe factoren zoals eiwitten en pathogenen opnemen. Er zijn meerdere vormen van endocytose, waarvan clathrin-gemedieerde endocytose (CME) een belangrijk voorbeeld is. CME wordt geïnitieerd door de binding van een ligand aan een receptor, gevolgd door membraaninvaginatie, coating van de invaginatie door het triskelionvormige eiwit clathrine, en het ontluiken van het met clathrin beklede blaasje.

Met behulp van gevoelige live cell imaging, het team merkte op dat endocytische golven geïnitieerd door clathrine in sommige celpopulaties naar voren komen. Deze clathrin-golven waren tijdelijk gerelateerd aan en gecoördineerd met de stroomafwaartse golven van F-BAR en andere actine-regulerende eiwitten zoals Cdc42 en N-WASP. De onderzoekers merkten op dat voor een dergelijke coördinatie tussen de endocytische en corticale golven, een terugkoppeling tussen stroomafwaartse F-BAR/Cdc42/N-WASP en clathrin was vereist.

De terugkoppeling, die de initiatie van endocytische golven door clathrine koppelt aan corticale actinegolven, is analoog aan een groep mensen die op een wiebelbrug loopt. Als een individuele stap op de brug, er wordt een kleine beweging van de brug gegenereerd. Deze beweging zal toenemen wanneer een andere persoon synchroon loopt met de eerste. De resulterende wiegende beweging van de brug dwingt anderen op de brug synchroon te lopen. Echter, als ze eenmaal van de brug zijn, de feedbackkoppeling valt weg en mensen kunnen weer op hun eigen tempo lopen.

Een soortgelijke situatie is denkbaar voor CME. Onder normale omstandigheden is er geen coördinatie tussen clathrine-assemblage en corticale actinegolven en daarom vindt CME plaats als een willekeurig proces. Echter, endocytische golven kunnen worden geïnitieerd door clathrine via een positief feedbackmechanisme tussen clathrine en stroomafwaartse eiwitten, waaronder actine-regulerende eiwitten en membraaneiwitten zoals PIP3. Dit, in werkelijkheid, ziet clathrine het begin van corticale actinegolven reguleren.

Het verband vinden tussen endocytose en corticale actinegolven

Deze studie rapporteert voor het eerst het optreden van collectieve dynamiek van endocytose en laat zien hoe dit het begin van corticale actinegolven reguleert. Het verband tussen endocytose en het genereren van corticale actinegolven kan een dieper inzicht verschaffen in hoe cellen de samenstelling en dynamiek van het plasmamembraan behouden.