Jak komórki reagują na siły mechaniczne
Wyposażone w wyspecjalizowane białka znajdujące się w ich błonie plazmatycznej komórki mogą reagować na szeroki zakres bodźców biochemicznych i mechanicznych dobiegających z otoczenia. „Kiedy te wyspecjalizowane receptory wyczują obecność sił mechanicznych na powierzchni komórki, zmieniają swój stan konformacyjny i łączą się z innymi adapterami molekularnymi, aby przekazać tę informację do wnętrza komórki”, wyjaśnia Maria Garcia-Parajo(odnośnik otworzy się w nowym oknie), profesor badań w Instytutu Nauk Fotonicznych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ICFO). Gdy proces ten funkcjonuje, umożliwia rozwój komórek, naprawę ran i utrzymanie tkanek. Ale dlaczego nie zawsze działa prawidłowo? Aby odpowiedzieć na to pytanie, w ramach finansowanego przez UE projektu NANO-MEMEC przeprowadzono szczegółową analizę komórkowej błony plazmatycznej.
Pionierskie narzędzia i metody
Chociaż naukowcy wiedzą, że sposób, w jaki receptory błonowe dynamicznie organizują się na błonie plazmatycznej, odgrywa kluczową rolę w ich funkcjonowaniu i reakcji komórek, nie rozumieją dokładnie, jak ta organizacja jest wrażliwa na bodźce mechaniczne. „Jest to obszar, który postanowił zbadać zespół projektu NANO-MEMEC”, mówi Garcia-Parajo, główny badacz projektu. Okazało się to jednak trudne. Wynika to z faktu, że organizacja cząsteczek w błonie plazmatycznej zaczyna się w skali nanometrowej i obejmuje wiele różnymi cząsteczek łączących się w dynamiczny sposób. Badanie wymagało opracowania pionierskich narzędzi umożliwiających wizualizację, w jaki sposób różne pojedyncze cząsteczki łączą się w płaszczyźnie błony, tworząc nanoplatformy aktywności biologicznej. Naukowcy opracowali także metody wywierania zaburzeń mechanicznych w pełni kompatybilnych z tymi metodami obrazowania. „Są to znaczące osiągnięcia technologiczne, które społeczność naukowa może już zacząć wykorzystywać w swoich badaniach”, dodaje Garcia-Parajo.
Dokładniejsza analiza receptorów błonowych
Za pomocą tych narzędzi uczestnicy projektu, który otrzymał wsparcie ze strony Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), przyjrzeli się bliżej przestrzennej i czasowej organizacji różnych receptorów błonowych. Ustalili, że cytoszkielet aktyny korowej, wyspecjalizowana sieć aktyny i miozyny znajdująca się tuż pod błoną komórkową, odgrywa ważną rolę w regulacji organizacji receptorów błony plazmatycznej. Rola ta występuje nawet w przypadku tych receptorów, które nie oddziałują bezpośrednio z aktyną. Naukowcy odkryli także, że siły mechaniczne bezpośrednio wpływają na korową maszynerię aktomiozyny, która z kolei przebudowuje organizację błony plazmatycznej. Mechanizm ten jest ogólny, ponieważ nie zależy od konkretnych receptorów czy cząsteczek, a zatem prawdopodobnie działa w różnych kontekstach i komórkach.
Wpływ reakcji komórek na ogólny stan zdrowia
Dzięki opracowaniu nowych narzędzi i zebraniu nowych informacji na temat przestrzennej i czasowej organizacji receptorów błonowych projekt NANO-MEMEC pozwolił nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób komórki reagują na siły mechaniczne i dlaczego czasami proces ten nie działa. „Chociaż nasz projekt dotyczył co do zasady badań podstawowych, otworzył także drzwi do badania, w jaki sposób dysfunkcja receptorów wyczuwających i/lub reagujących na bodźce mechaniczne wpływa na nasz ogólny stan zdrowia i powoduje choroby takie jak rak”, podsumowuje. Garcia-Parajo pracuje obecnie nad badaniem pętli sprzężenia zwrotnego między błoną a korową maszynerią aktomiozyny. Chce wykazać, że parametr fizyczny, taki jak napięcie błony, jest w stanie ominąć biochemiczną aktywację receptora i uruchomić szlaki sygnałowe receptora w błonie plazmatycznej.
