In cellen door het hele lichaam bevinden zich cytoskeletfilamenten die de cel zijn vorm geven, cellulaire beweging vergemakkelijken en mechanische ondersteuning bieden. Ze functioneren enigszins als de stalen staven die bij de bouw worden gebruikt en vormen raamwerken die de vorm van een cel behouden en helpen bij beweging.

Jarenlang hebben wetenschappers geprobeerd te begrijpen hoe moleculaire motoren, die de filamenten ‘aandrijven’, in staat zijn de cellulaire lading langs het cytoskelet te verplaatsen. De organisatie en regulering van deze filamenteuze structuren zelf zijn echter nog niet goed begrepen.

Wetenschappers van het National Institute of Child Health and Human Development (NICHD), onderdeel van de National Institutes of Health, en hun medewerkers ontdekten dat het cytoskelet geen statische, onbeweeglijke structuur is, zoals algemeen werd aangenomen. In plaats daarvan ondergaat het cytoskelet dynamische veranderingen waardoor de cel zich kan aanpassen aan de steeds veranderende omgeving. De onderzoekers ontdekten ook dat een complex van moleculen, de actomyosinecortex (AC), de mechanische veranderingen initieert die de herschikking van het cytoskelet en de celbeweging aansturen.

“Cytoskeletfilamenten ondergaan dynamische veranderingen, aangedreven door de AC, die de vorm, beweging en deling van de cellen controleren”, zegt hoofdonderzoeker dr. Franck Perez. “Deze ontdekking verandert de traditionele manier waarop wetenschappers naar het cytoskelet hebben gekeken en heeft implicaties voor het begrijpen van celmigratie en hoe het cytoskelet bijdraagt ​​aan ziekten bij de mens.”

Het onderzoeksteam gebruikte de modernste beeldvorming om levende, driedimensionale zebravisembryo's te onderzoeken om de dynamische aard van het cytoskelet en de functie van de AC bloot te leggen. De onderzoekers rapporteren hun bevindingen in het tijdschrift Developmental Cell.

Het NICHD-team koos ervoor om het cytoskelet van zebravisembryo's te onderzoeken omdat de cellen tijdens de ontwikkeling snelle en uitgebreide bewegingen ondergaan. Ze concentreerden zich op de AC, een netwerk van gebundelde actinefilamenten en myosinemotoreiwitten die zich onder het celmembraan bevinden. De AC trekt samen om celvormveranderingen mechanisch aan te sturen. Met behulp van geavanceerde microscopietechnieken bracht het team zebravisembryo's in beeld die genetisch gecodeerde fluorescerende tags tot expressie brengen die specifiek binden aan de AC.

Het team ontdekte dat het cytoskelet en AC met elkaar verbonden zijn en fungeren als één ‘verenigd cytoskelet’. De AC regelt de cellulaire spanning, die de herschikking van het cytoskelet en de celbeweging aandrijft. Deze bevindingen bieden een nieuw raamwerk om te begrijpen hoe cellen gerichte bewegingen tot stand brengen en vormveranderingen ondergaan.

“Het cytoskelet is niet alleen verantwoordelijk voor celbewegingen, maar drijft ook bewegingen op weefselniveau en orgaanontwikkeling aan tijdens de embryogenese”, aldus Dr. Perez. “Ontregelde cytoskeletdynamiek draagt ​​bij aan neurologische ontwikkelingsziekten, maar ook aan kanker en andere menselijke aandoeningen, wat de potentiële klinische implicaties van onze bevindingen onderstreept.”