Een nieuwe studie door onderzoekers van Karolinska Institutet toont aan dat de lokale activiteit van het signaalmolecuul Rac1 cycli van microscopische uitsteeksels en terugtrekkingen van het celmembraan regelt. De cel gebruikt deze cycli om zijn omgeving waar te nemen, wat onder andere het bewegingsvermogen van de cel beïnvloedt. Inzicht in de cellulaire en moleculaire mechanismen die celbewegingen controleren, kan ons helpen om een ​​betere diagnostiek en behandeling van verschillende ziekten zoals kanker te ontwikkelen.

Om hun omgeving waar te nemen, gebruiken cellen cycli waarin microscopisch kleine celuitsteeksels worden gevormd en teruggetrokken. Het vermogen van cellen om hun omgeving waar te nemen is onder meer van belang voor de opname van voedingsstoffen, maar ook voor het vermogen van de cel om zich in een bepaalde richting te bewegen. Het vermogen van de cel om te bewegen is cruciaal voor de embryonale ontwikkeling en weefselherstel, en in veel ziektetoestanden, zoals wanneer kankercellen zich verspreiden (metastaseren), evenals bij ontstekingen en fibrose. Door inzicht te krijgen in de cellulaire en moleculaire mechanismen die de celbeweging beheersen, kunnen we betere diagnostiek en behandeling voor kanker en andere ziekten ontwikkelen.

"Het is de lokale activiteit van het signaalmolecuul Rac1 dat paradoxaal genoeg zowel het uitpuilen als het terugtrekken van de microscopische celmembranen regelt door te schakelen tussen een actieve en een inactieve toestand in verschillende delen van de cyclus", zegt professor Staffan Strömblad, die samen met zijn groep bij de afdeling Biowetenschappen en Voeding, Karolinska Institutet, is verantwoordelijk voor de studie. "We hebben ook voor het eerst kunnen aantonen dat Rac1 de mechanische krachten tussen de cel en het bevestigingsoppervlak regelt."

Door levende cellen te bestuderen met confocale microscopie met hoge resolutie, hebben ze de activiteit van Rac1 in de loop van de tijd lokaal in de cellen kunnen meten met behulp van een fluorescerende biosensor. Tegelijkertijd hebben ze de trekkrachten gemeten die de cellen uitoefenen op hun bevestigingsoppervlakken met 'tractiekrachtmicroscopie'. Met behulp van een laser in de microscoop hebben ze ook de activiteit van Rac1 lokaal in de cellen kunnen activeren of blokkeren met behulp van een zogenaamde optogenetische sonde. Daarna werden de effecten in de loop van de tijd lokaal in de celmembranen gemeten met behulp van geavanceerde beeldanalyse en statistische verwerking.

De volgende stap voor de groep zal zijn om op moleculair niveau te zien hoe Rac1 zowel het uitpuilen als terugtrekken van lokale celmembranen kan regelen, en hoe Rac1 de energieopwekkende machinerie van de cel bestuurt.