Ruchliwość komórek Wykazano ruch komórek na poziomie molekularnym

W jaki sposób poruszają się komórki? Dotychczas istniały sprzeczne teorie dotyczące szczegółów tego zjawiska. Teraz naukowcy zbadali złożone interakcje molekularne zachodzące podczas ruchu komórek i przedstawili nowe ustalenia dotyczące ruchu komórek oraz potencjalnych metod terapeutycznych.

Zdolność komórek do zmiany położenia ma kluczowe znaczenie dla wielu procesów zachodzących w organizmie: na przykład komórki odpornościowe muszą dotrzeć do miejsca działania, podczas gojenia się ran komórki przemieszczają się do uszkodzonej tkanki, a podobne procesy odgrywają istotną rolę również w rozwoju aksonów, czyli długich wyrostków komórek nerwowych. Jednocześnie komórki nowotworowe mogą wykorzystywać swoją ruchliwość do wnikania w otaczające tkanki i rozprzestrzeniania się w organizmie.

Zespół z grupy badawczej „Molekularna biologia komórkowa” prof. Klemensa Rottnera w Centrum Badań nad Infekcjami im. Helmholtza (HZI) wyjaśnił kluczowe interakcje molekularne, które regulują tworzenie się sieci aktynowych na przedniej krawędzi komórek wędrujących. Wyniki tych badań stanowią ważną podstawę do dokładniejszego zbadania w przyszłości, w jaki sposób ruch komórek zmienia się również w procesach chorobowych i czy można na niego celowo wpływać.

Neues Modell zur Zellmigration

Vom Einzelgänger bis zur Wandergruppe – Zellen in Bewegung

Wzajemne oddziaływanie czterech składników

Kluczową rolę w przemieszczaniu się komórek odgrywają często lamellipodia: płaskie, szerokie wyrostki komórkowe na przedniej krawędzi komórek przemieszczających się. W lamellipodiach komórka tworzy na swoim czole gęstą, rozgałęzioną sieć włókien aktynowych. W miarę wzrostu tej sieci wypycha ona błonę komórkową do przodu, przyczyniając się w ten sposób do ruchu komórki. Ale w jaki sposób dokładnie odbywa się molekularna regulacja tych lamellipodiów? „Dotychczasowe wyniki badań dotyczące roli profiliny w tej interakcji były sprzeczne. Nasze wyniki wnoszą teraz znacznie więcej jasności” – mówi kierownik badania, Rottner.

Wykorzystując metodę edycji genomu CRISPR/Cas9, naukowcy celowo wyłączyli w hodowlach komórkowych poszczególne geny – czasami nawet kilka jednocześnie. Następnie zbadali, jak wpłynęło to na budowę i ruch lamellipodiów, a także na rozmieszczenie pozostałych białek biorących udział w tym procesie. W ten sposób udało im się krok po kroku rozszyfrować funkcjonalne powiązania między różnymi składnikami. Zespół skupił się przede wszystkim na roli następujących czterech składników:

• białko profilina (Pfn) wiążące monomery aktyny : Profilina wiąże pojedyncze cząsteczki aktyny i utrzymuje je w postaci umożliwiającej wykorzystanie ich do budowy rosnących włókien aktynowych.
• kompleks Arp2/3: Ten kompleks białkowy inicjuje tworzenie nowych włókienek aktynowych, tworząc przy tym rozgałęzione sieci aktynowe charakterystyczne dla lamellipodiów.
• heterodimeryczne białko Capping-Protein (CP): Ten kompleks, składający się z dwóch podjednostek białkowych, osadza się na szybko rosnących końcach włókien aktynowych, w pewnym sensie je zamykając i ograniczając w ten sposób długość, do jakiej poszczególne włókna mogą dalej rosnąć.
• polimerazy z rodziny Ena/VASP : Białka te sprzyjają wzrostowi włókien aktynowych, wspomagając przyłączanie kolejnych cząsteczek aktyny do ich rosnących końców, podobnie jak forminy, kolejna klasa polimeraz.

„Udało nam się lepiej zrozumieć, w jaki sposób te składniki oddziałują na siebie i jak w ten sposób regulują ruch” – mówi dr Yubo Tang, pierwszy autor badania. Ta interakcja wygląda między innymi następująco: profilina hamuje działanie polimeraz Ena/VASP, jednocześnie jednak wspomaga aktywność kompleksu Arp2/3. Z kolei Ena/VASP i białko cappingowe również działają jako antagoniści.

Szczególnie pouczające okazały się połączone wyłączenia genów: nawet przy braku Ena/VASP zachował się stymulujący wpływ profiliny na kompleks Arp2/3. W przypadku białka Capping Protein sytuacja wyglądała inaczej: w przypadku braku Ena/VASP znikał efekt, jaki utrata profiliny zwykle wywiera na CP. Eksperymenty te pokazują zatem, że profilina oddziałuje zarówno na Arp2/3, jak i na CP poprzez różne mechanizmy.

Wzajemny wpływ na ruch komórek

Podsumowując, wyniki te wskazują, że profilin pełni rolę kluczowego regulatora w tworzeniu sieci aktynowych zależnych od kompleksu Arp2/3. W ten sposób odkrycia te wyjaśniają dotychczasowe sprzeczności: wcześniejsze badania sugerowały, że profilina kieruje monomery aktyny przede wszystkim do struktur zależnych od formin lub Ena/VASP, a tym samym z dala od Arp2/3 – inne badania doprowadziły natomiast do przeciwnego wniosku. „Teraz możemy rozwiać tę niepewność. Nasze badania bowiem jednoznacznie pokazują, że profilina wspomaga aktywność Arp2/3, a także wyjaśniają, w jaki sposób” – mówi kierownik badań Rottner.

Modelowanie matematyczne danych eksperymentalnych, przeprowadzone we współpracy z prof. Martinem Falcke z Centrum im. Maxa Delbrücka w Berlinie, nie tylko odtworzyło wyniki eksperymentów, ale również sugerowało, że białka Ena/VASP i CP konkurują o wspólne miejsca rekrutacji na obrzeżach lamellipodiów.

Wgląd w ruch czoła komórkowego

W ten sposób praca ta dostarcza kluczowych spostrzeżeń dotyczących logiki molekularnej, zgodnie z którą powstają rozgałęzione sieci aktynowe podczas przesuwania błony komórkowej i generowania siły. „Obecnie znacznie lepiej rozumiemy, w jaki sposób różne elementy molekularne współdziałają na przedniej krawędzi komórki” – mówi Rottner. „Ta wiedza na temat mechanizmów stanowi ważną podstawę do przyszłych badań nad tym, co przebiega inaczej w przypadku patologicznych zmian w ruchu komórek – na przykład w komórkach nowotworowych lub po infekcjach – oraz w jakich miejscach można w przyszłości celowo wpływać na takie procesy”.

Ponadto pozostaje otwarta ważna kwestia, o które struktury molekularne konkurują Ena/VASP i białko cappingowe w celu rekrutacji na front komórkowy. Stanowi to jeden z wielu ważnych kierunków przyszłych badań zespołu Rottnera.

Oryginalna publikacja: Yubo Tang, Matthias Schaks, Xinqi Jiang, Marius Karger, Magdalena Mietkowska, Julian Kaltenhäuser, Jonas Scholz, Ruth Benavente-Naranjo, Sijian Hu, Sarah Körber, Zhilun Li, Christopher Lambert, Jessica L. Henty-Ridilla, Theresia E. B. Stradal, Roger Karlsson, Peter Bieling, Jan Faix, Martin Falcke i Klemens Rottner: Profilina sprzyja wysuwaniu się lamellipodiów poprzez regulację antagonistycznej aktywności białka cappingowego i VASP, Nature Communications, tom 17, numer artykułu: 9887 (2026) DOI: 10.1038/s41467-026-77694-8