Zwei Zeitraffer der Filopodienbewegung. (Leijnse et al., Nature Communications, 2022) Eine Zelle ist keine Insel. Jeder verfügt über zahlreiche Möglichkeiten, seine Umgebung zu erkennen und mithilfe seltsamer Zellanhängsel sogar physisch auf Nachbarn oder Feinde zuzugehen.
Diese tentakelartigen Vorsprünge nennt man Filopodien , und eine neue Studie hat uns mehr Einblick in die Art und Weise gegeben, wie sie es unseren Zellen ermöglichen, sich zu bewegen, indem sie das skelettartige innere Gerüst verdrehen.
„Diese Strukturen spielen eine entscheidende Rolle dabei, dass Zellen ihre Umgebung erkunden, mechanische Kräfte erzeugen, chemische Signale übertragen oder Signale über interzelluläre Tunnel-Nanobrücken übertragen können.“ schreiben die Forscher in ihrer Arbeit .
„Die Dynamik von Filopodien scheint recht komplex zu sein, da sie ein vielfältiges Knick- und Zugverhalten sowie Längen- und Formänderungen aufweisen.“ „Hier zeigen wir, dass Filopodien zusätzlich ihren dreidimensionalen extrazellulären Raum erkunden, indem sie Wachstum und Schrumpfung mit axialer Verdrehung und Krümmung ihres aktinreichen Kerns kombinieren.“
Dieser Kern besteht aus Proteinen namens Aktin und Myosin. Das von Biophysikern des Niels-Bohr-Instituts in Dänemark geleitete Team vergleicht diese neu entdeckte Dreh- und Knickbewegung mit einem Gummiband.
Beim Verdrehen zieht sich ein Gummiband zusammen und kann sich plötzlich von selbst bewegen und in seine ursprüngliche, ungedrehte Konfiguration zurückfedern. Im Kern der Filopodien winden sich Myosin-Proteine um Aktin-Proteine und verbiegen sie. Durch die daraus resultierende Bewegung können Zelltentakel ihre Umgebung wahrnehmen, mit anderen Zellen oder Mikroorganismen interagieren und sich sogar bewegen.
„Sie sind in der Lage, sich so zu biegen – wenn man so will – zu drehen, dass sie den gesamten Raum um die Zelle herum erkunden können, und sie können sogar in Gewebe in ihrer Umgebung eindringen.“ sagt die Hauptautorin, die Biophysikerin des Niels Bohr Instituts, Natascha Leijnse.
Das Team verwendete eine optische Pinzette und ein konfokales Mikroskop, um die Drehung dieser Aktin- und Myosinwelle physisch zu beobachten. Anschließend erstellten sie ein physikalisches Modell, um zu bestätigen, dass die Bewegung spontan dadurch entstand, dass diese Moleküle in engen Kanälen innerhalb der Filopodien eingeschlossen waren.
Optische Pinzette sind faszinierende technische Teile, bei denen perfekt kalibrierte Laserstrahlen ein winziges Objekt an Ort und Stelle halten. In diesem Fall wurde eine optische Pinzette an einer winzigen Perle verwendet, auf die das Filopodium zuwuchs und dann daran festhielt und so den „Tentakel“ festhielt.
(Niels Bohr Institut/Universität Kopenhagen)
Die Forscher verwendeten verschiedene Zellen, um zu bestätigen, dass es sich nicht um ein einmaliges Phänomen handelte – sie betrachteten alles aus einer Hand menschliche Brustkrebszellen Zu menschliche embryonale Nierenzellen .
Das Vorhandensein dieser Strukturen in einer Vielzahl von Zellen bedeutet, dass dies eine weitere Möglichkeit sein könnte, bei der Erforschung von Krankheiten wie z Krebs .
„Krebszellen sind für ihre hohe Invasivität bekannt. Und es ist vernünftig anzunehmen, dass sie besonders auf die Wirksamkeit ihrer Filopodien angewiesen sind, wenn es darum geht, ihre Umgebung zu untersuchen und ihre Ausbreitung zu erleichtern.“ sagt Poul Martin Bendix, Biophysiker am Niels Bohr Institut.
„Es ist also denkbar, dass das Krebswachstum durch die Hemmung der Filopodien von Krebszellen gestoppt werden kann.“
Dies erfordert noch viel mehr Forschung – derzeit beobachten Wissenschaftler diesen Prozess nur, aber etwas Neues über unsere eigenen Zellen herauszufinden, ist immer ein spannender Teil der Grundlagenforschung.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .