celmotiliteit, de spontane verplaatsing van cellen van de ene locatie naar de andere, speelt een fundamentele rol in veel biologische processen, inclusief immuunreacties en metastase. Recente natuurkundige studies hebben nieuw bewijs verzameld dat suggereert dat zoogdiercellen niet alleen kruipen op vaste substraten, inclusief complexe 3D-media van een weefsel, maar kan ook in vloeistoffen zwemmen.

In een recente studie, een team van onderzoekers van de Universiteit van Grenoble Alpes en CNRS (Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek) probeerde licht te werpen op de mechanismen achter het ontstaan ​​van beweeglijke cellen in suspensie, wat zou gebeuren als ze in vloeistoffen zouden bewegen. hun papier, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , presenteert een model dat actine- en myosinekinetiek koppelt aan vloeistofstroom, die ze toepasten op een bolvormige en een niet-bolvormige vorm.

"Recente studies hebben gesuggereerd dat adhesie niet nodig is voor cellen om in een driedimensionale omgeving te bewegen, en hebben zelfs aangetoond dat cellen van het immuunsysteem kunnen zwemmen als ze in een vloeistof zijn gesuspendeerd, " vertelden de onderzoekers die het onderzoek uitvoerden via e-mail aan Phys.org.

De beweging van een cel door een weefsel kan zijn, althans tot op zekere hoogte, vergeleken met zijn zwembeweging in een gel die bestaat uit collageenfilamenten en interstitiële vloeistof. Deze specifieke zwembeweging, echter, maakt cellen enigszins autonoom van een substraat, waardoor ze door elk orgaan kunnen navigeren zonder zich aan te passen aan afwisselende extracellulaire liganden, die in plaats daarvan nodig zou zijn bij het kruipen op een stevige ondergrond.

Het team van de Universiteit van Grenoble Alpes wilde aantonen dat cellen in een vloeistof kunnen zwemmen met dezelfde of zeer vergelijkbare mechanismen die ze gebruiken wanneer ze op een vaste stof kruipen. In aanvulling, ze wilden de oorsprong van deze beweeglijkheid onderzoeken en de feedback van het externe medium op interne celprocessen blootleggen.

"Hoewel we nauw hebben samengewerkt met verschillende experimentatoren om ons inzicht in het probleem op te bouwen en relevante orden van grootte van de fysieke hoeveelheden die we manipuleren hebben verzameld, onze aanpak was voornamelijk theoretisch voor dit artikel, en gemotiveerd door de observatie dat cellen efficiënt moeten navigeren in plaats van gebonden te zijn aan een substraat (d.w.z. kruipen), ', aldus de onderzoekers.

Het cytoplasma van cellen bevat eiwitten die actines en myosines worden genoemd. Voordat een cel daadwerkelijk van de ene naar de andere locatie gaat, actinemoleculen assembleren zichzelf in een netwerk langs het celmembraan, bekend als 'cortex'.

Het door de onderzoekers bedachte celmodel heeft twee belangrijke componenten:een gel van actinecortex en myosinemotoren. De myosinemotoren trekken de actinegel samen, uiteindelijk ontstaat er een stroom van actine- en myosine-eiwitten naar gebieden met een hoge myosineconcentratie. Eventueel, hierdoor wordt alle myosine op één plek geconcentreerd, met actine die ernaartoe stroomt.

"Deze stroom gaat voortdurend door, omdat aan de andere kant van de cel nieuwe actinemoleculen worden toegevoegd, " legden de onderzoekers uit. "We hebben aangetoond dat de cel een spontane polariteit verwerft (d.w.z. actinemoleculen worden aan de ene pool toegevoegd en aan de andere kant verwijderd, op een duurzame manier). De stroom actine langs het membraan grijpt naar de vloeistof buiten om celaandrijving te bereiken en produceert een complex stroompatroon in de omringende vloeistof."

De onderzoekers merkten op dat in dit scenario, de zwemsnelheid van een cel lijkt op de snelheid die je zou verwachten als hij op een substraat zou kruipen. Dit is enigszins verrassend, omdat lopen doorgaans gemakkelijker is dan zwemmen voor levende organismen. Volgens de onderzoekers is dit zou kunnen worden verklaard door het feit dat het hele oppervlak van de zwemcel gezamenlijk deelneemt aan de voortstuwing.

"Afhankelijk van de vernieuwing en contractiliteit van de celcortex (twee actieve eigenschappen die door de cel genetisch of via specifieke biologische routes kunnen worden gecontroleerd), we ontdekten dat een cel spontaan kan polariseren en in een vloeistof kan bewegen, " zeiden de onderzoekers. "Het is ook mogelijk om een ​​oscillerend gedrag te verkrijgen waarbij de cel periodiek van richting verandert."

De studie biedt fascinerend nieuw inzicht in de mechanismen achter de zwemmotiliteit van cellen, of, zoals de onderzoekers het uitdrukken, hun vermogen om in een vloeistof te kruipen. Hun waarnemingen kunnen bijzonder nuttig zijn voor biologen die de beweging van cellen proberen te begrijpen, omdat ze impliceren dat een individuele cel zowel in een vloeistof als langs een vast substraat robuust kan bewegen, dezelfde mechanismen gebruiken.

Het is nu bekend dat immuuncellen en metastatische cellen worden geconfronteerd met enorm verschillende omgevingen terwijl ze binnen een organisme migreren, toch ontdekten de onderzoekers dat de mechanismen die ze gebruiken om door deze verschillende omgevingen te navigeren, erg op elkaar kunnen lijken. interessant, de bevindingen verzameld in dit werk suggereren ook dat de snelheid van een cel voornamelijk wordt bepaald door de corticale viscositeit, terwijl de externe vloeistofviscositeit niet relevant is.

"Met medewerkers die experimenten uitvoeren met zwevende migrerende cellen, we proberen te ontdekken hoe cellen de mechanismen die we beschrijven kunnen exploiteren, " zeiden de onderzoekers. "We willen ook meer licht werpen op de moleculaire details van hoe de cortexstroom schuifkrachten genereert in het externe medium, voorbij het celmembraan. Aan de theoretische kant, we geloven dat dit model nog steeds veel mogelijke varianten heeft die interessante verschijnselen kunnen opleveren die relevant zouden zijn voor een reeks dynamieken van actomyosine die in levende organismen wordt waargenomen."

© 2019 Wetenschap X Netwerk