Противоположности привлекают: как клетки и клеточные фрагменты движутся в электрических полях

Как крошечные, обходные иглы компаса, целые живые клетки и фрагменты клеток ориентируются и движутся в ответ на электрические поля, но в противоположных направлениях ученые из Калифорнийского университета, Дэвис. Их результаты, опубликованные 8 апреля в журнале Current Biology, могут в конечном итоге привести к новым способам заживления ран и доставки терапии стволовыми клетками.

Когда клетки ползают в раненую плоть, чтобы исцелить ее, они следуют за электрическим полем. В здоровой ткани возникает поток заряженных частиц между слоями. Повреждение ткани создает «короткое замыкание», изменяя направление потока и создавая электрическое поле, которое ведет клетки в рану. Но как именно и почему это происходит? Это непонятно.



«Мы знаем, что клетки могут реагировать на слабое электрическое поле, но мы не знаем, как они его воспринимают», – сказал Мин Чжао, профессор дерматологии и офтальмологии, и исследователь в Центре стволовых клеток UC Davis, Институт регенеративных лекарств , «Если мы сможем лучше понять процесс, мы сможем сделать заживление ран и регенерацию тканей более эффективным».

Исследователи работали с клетками, которые образуют рыбные чешуйки, называемые кератоцитами. Эти клетки рыб обычно используются для изучения движения клеток, а также легко проливают клеточные фрагменты, обернутые в клеточную мембрану, но не имеющие ядра, крупные органеллы, ДНК или многое другое на пути других структур.

В неожиданном открытии целые клетки и фрагменты клеток перемещались в противоположных направлениях в одном и том же электрическом поле, сказал Алекс Могильнер, профессор математики и нейробиологии, физиологии и поведения в UC Davis и соавтор статьи.

Могильнер сказал, что в первый раз такие основные клеточные фрагменты ориентируются и движутся в электрическом поле. Это позволило исследователям обнаружить, что клетки и фрагменты клеток ориентированы на «перетягивание каната» между двумя конкурирующими процессами.

Подумайте о ячейке, как о пузыре жидкости и белкового геля, обернутом в мембрану. Клетки сканируют вдоль поверхностей скользящими и храповыми белковыми волокнами внутри клетки мимо друг друга, продвигая передний край клетки при снятии задней кромки.

Помощник научного сотрудника проекта Yaohui Sun обнаружил, что когда целые клетки подвергаются воздействию электрического поля, волокна белка актина собираются и растут на стороне клетки, обращенной к отрицательному электроду (катоду), в то время как смесь стягивающих актинов и миозиновых волокон формируется в сторону положительного электрод (анод). Оба актина в отдельности и актин с миозином могут создавать двигатели, которые двигают клетку вперед.

Поляризационный эффект создавал перетягивание каната между двумя механизмами. В целых клетках выиграл актиновый механизм, и клетка поползла к катоду. Но в клеточных фрагментах мотив актина / миозина вышел сверху, получил заднюю часть клетки, ориентированную к катоду, и фрагмент ячейки прополз в противоположном направлении.

Результаты показывают, что есть, по крайней мере, два отдельных пути, через которые клетки реагируют на электрические поля, сказал Могильнер. По крайней мере один из путей, ведущих к организованным волокнам актина / миозина, может работать без клеточного ядра или любых других органелл, обнаруженных в клетках, за клеточной мембраной и белками, которые составляют цитоскелет.

Перед этими двумя путями находится какой-то датчик, который обнаруживает электрическое поле. В отдельной статье, которая будет опубликована в том же выпуске журнала, исследователи Могильнера и Стэнфордского университета Грег Аллен и Джули Теорио сужают возможные механизмы. Наиболее вероятным объяснением, по их заключению, является то, что электрическое поле заставляет определенные электрически заряженные белки в клеточной мембране концентрироваться на границе мембраны, вызывая реакцию.