Pomyśl o komórkach jak o małych robotach poruszających się po złożonym krajobrazie. Jednak w przeciwieństwie do maszyn zaprogramowanych do podążania ustalonymi trasami, te istoty biologiczne stale podejmują decyzje o tym, dokąd się udać, nawet bez zewnętrznych wskazówek. Naukowcy od dawna byli zaskoczeni tą autonomiczną pomocą nawigacyjną, niezbędną w takich procesach, jak odpowiedź immunologiczna i, niestety, rozprzestrzenianie się raka. Teraz przełom rzuca światło na sposób, w jaki komórki wyznaczają swój kurs od wewnątrz.
Interdyscyplinarny zespół badaczy z Korei i Stanów Zjednoczonych, kierowany przez profesorów Won Do Heo i Kwang-Hyun Cho oraz profesora Kapsana Lee z Johns Hopkins University, rozwiązał tę zagadkę. Ich praca, opublikowana w czasopiśmie Nature Communications, ujawnia nieznany wcześniej „wewnętrzny kompas”, który kontroluje kierunkowość komórek.
Sekret tkwi w grupie białek zwanych rodziną białek Rho (Rac1, Cdc42 i RhoA). Te maleńkie maszyny molekularne działają jak wewnętrzne czujniki, stale analizując środowisko komórki i wpływając na jej ruch.
Wcześniej sądzono, że białka te po prostu dzielą komórkę na przód i tył, wyznaczając główny kierunek. Ale ta nowa praca pokazuje znacznie bardziej złożony system w działaniu. Naukowcy opracowali zaawansowaną technikę obrazowania o nazwie INSPECT (INtracell Separation of Protein Engineered Condensation Technique), aby obserwować interakcje białek wewnątrz żywych komórek z niezrównaną przejrzystością.
Wyobraź sobie, że przyczepiasz maleńkie świetlówki do białek — gdy się wiążą, tworzą widoczne skupiska wewnątrz komórki, podobnie jak kropelki oleju oddzielające się w wodzie. Umożliwiło im to bezpośrednią obserwację, jak różne białka Rho łączą się z innymi składnikami komórki, tworząc unikalne kombinacje, które ostatecznie określają kierunek ruchu komórki.
Odkryli dwie kluczowe kombinacje:
* Cdc42–FMNL : Ta para stymuluje ruch liniowy, popychając komórkę do przodu po stałej ścieżce.
* Rac1–ROCK : Ta para jest odpowiedzialna za manewry skrętu, umożliwiając komórce zmianę kierunku i poruszanie się w skomplikowanych środowiskach.
Aby potwierdzić tę kontrolę kierunkową, naukowcy sprytnie zmodyfikowali część Rac1, aby zakłócić jej zdolność do wiązania się ze skałą. Ta „zepsuta kierownica” uniemożliwiała komórkom efektywną zmianę kursu, zmuszając je do poruszania się po linii prostej pomimo zmian w otoczeniu. Co ciekawe, te zmanipulowane komórki nawet utrzymywały prędkość niezależnie od sygnałów zewnętrznych, co podkreśla ścisły związek interakcji tego białka ze zdolnością adaptacyjną komórek.
Te przełomowe badania rewolucjonizują nasze rozumienie nawigacji komórkowej. Pokazują, że ruch nie jest przypadkowy, ale jest precyzyjnie programowany przez wewnętrzny algorytm – dynamiczną interakcję białek, które nieustannie się zmieniają i rekonfigurują w oparciu o ich unikalne połączenia w komórce.
Profesor Heo trafnie to podsumowuje: „Komórki nie poruszają się na ślepo; mają złożony wewnętrzny program koncentracji”. Ta nowa wiedza otwiera ekscytujące perspektywy zrozumienia mechanizmów rozwoju chorób, takich jak przerzuty raka i dysfunkcja układu odpornościowego. Sama technika INSPECT zapowiada się na potężne narzędzie do odkrywania innych biologicznych tajemnic, oferujące bezprecedensowy wgląd w złożony taniec molekularny rządzący życiem.
