Menselijke witte bloedcellen, bekend als leukocyten, zwemmen met behulp van een nieuw beschreven mechanisme genaamd moleculair peddelen, onderzoekers rapporteren in het nummer van 15 september van Biofysisch tijdschrift . Dit microzwemmenmechanisme zou kunnen verklaren hoe zowel immuuncellen als kankercellen migreren in verschillende met vocht gevulde nissen in het lichaam, ten goede of ten kwade.

"Het vermogen van levende cellen om autonoom te bewegen is fascinerend en cruciaal voor veel biologische functies, maar de mechanismen van celmigratie blijven gedeeltelijk begrepen, " zegt co-senior studie auteur Olivier Theodoly van de Universiteit van Aix-Marseille in Frankrijk. "Onze bevindingen werpen nieuw licht op de migratiemechanismen van amoeboïde cellen, dat is een cruciaal onderwerp in immunologie en kankeronderzoek."

Cellen hebben verschillende strategieën ontwikkeld om te migreren en hun omgeving te verkennen. Bijvoorbeeld, zaadcellen, microalgen, en bacteriën kunnen door vormvervormingen zwemmen of door een zweepachtig aanhangsel te gebruiken dat een flagellum wordt genoemd. Daarentegen, Van somatische zoogdiercellen is bekend dat ze migreren door zich aan oppervlakken te hechten en te kruipen. Het is algemeen aanvaard dat leukocyten niet kunnen migreren op 2D-oppervlakken zonder zich eraan te hechten.

Een eerdere studie meldde dat bepaalde menselijke witte bloedcellen, neutrofielen genaamd, konden zwemmen, maar er werd geen mechanisme aangetoond. Een andere studie toonde aan dat leukocyten van muizen kunstmatig tot zwemmen konden worden gelokt. Er wordt algemeen aangenomen dat celzwemmen zonder flagellum veranderingen in celvorm vereist, maar de precieze mechanismen die ten grondslag liggen aan de migratie van leukocyten zijn besproken.

In tegenstelling tot eerdere onderzoeken, Theodolie, co-senior studie auteur Chaouqi Misbah van Grenoble Alpes University, en hun medewerkers leveren experimenteel en computationeel bewijs in de nieuwe studie dat menselijke leukocyten kunnen migreren op 2D-oppervlakken zonder eraan te kleven en kunnen zwemmen met behulp van een mechanisme dat niet afhankelijk is van veranderingen in celvorm. "Kijken naar celbeweging geeft de illusie dat cellen hun lichaam vervormen als een zwemmer, ", zegt Misbah. "Hoewel leukocyten zeer dynamische vormen vertonen en lijken te zwemmen met een schoolslagmodus, onze kwantitatieve analyse suggereert dat deze bewegingen inefficiënt zijn om cellen voort te stuwen."

In plaats daarvan, de cellen peddelen met behulp van transmembraaneiwitten, die het celmembraan overspannen en buiten de cel uitsteken. De onderzoekers laten zien dat membraanloopband - achterwaartse beweging van het celoppervlak - de migratie van leukocyten in vaste of vloeibare omgevingen stimuleert, met en zonder hechting.

Echter, het celmembraan beweegt niet als een homogene loopband. Sommige transmembraaneiwitten zijn gekoppeld aan actinemicrofilamenten, die deel uitmaken van het cytoskelet en samentrekken om cellen te laten bewegen. Het actine-cytoskelet wordt algemeen aanvaard als de moleculaire motor die het kruipen van cellen voortstuwt. De nieuwe bevindingen tonen aan dat actine-gebonden transmembraaneiwitten peddelen en de cel vooruit stuwen, terwijl vrij diffunderende transmembraaneiwitten zwemmen belemmeren.

De onderzoekers stellen voor dat continu peddelen mogelijk wordt gemaakt door een combinatie van actine-aangedreven externe loopbanden en innerlijke recycling van actine-gebonden transmembraaneiwitten door vesiculair transport. specifiek, de peddelende eiwitten aan de achterkant van de cel zijn ingesloten in een blaasje dat van het celmembraan afknijpt en naar de voorkant van de cel wordt getransporteerd. Daarentegen, de niet-peddelende transmembraaneiwitten worden uitgesorteerd en ondergaan dit proces van interne recycling door vesiculair transport niet.

"Deze recycling van het celmembraan wordt intensief bestudeerd door de gemeenschap die werkt aan intracellulair vesiculair verkeer, maar zijn rol in de beweeglijkheid werd nauwelijks overwogen, " zegt Theodoly. "Deze functies van eiwitsortering en -handel leken zeer geavanceerd om te zwemmen. onze onderzoeken, tot onze eigen verbazing, overbrug zulke verre domeinen als de fysica van microzwemmers en de biologie van vesiculair verkeer."

De auteurs zeggen dat moleculair peddelen immuuncellen in staat zou kunnen stellen om alle locaties in het lichaam grondig te verkennen terwijl ze migreren in met vloeistof gevulde nissen zoals gezwollen lichaamsdelen, geïnfecteerde blazen, hersenvocht, of vruchtwater. Vooruit gaan, de onderzoekers zijn van plan om de functies van moleculair peddelen in verschillende omgevingen te onderzoeken en te beoordelen of andere soorten cellen deze manier van migratie gebruiken.