Az Oregon Health & Science University kutatói egy eddig ismeretlen, a sejtek belsejében működő áramlási rendszert azonosítottak, amely a passzív sodródás helyett aktívan szállítja a kulcsfontosságú fehérjéket a sejt elülső pereme felé, ezáltal alapjaiban alakítva át a sejtvándorlásról, a sebgyógyulásról és a daganatok terjedéséről alkotott elképzeléseket.

A Nature Communications folyóiratban közölt tanulmány megkérdőjelezi azt a több évtizede uralkodó nézetet, amely szerint a fehérjék a sejten belül főként diffúzióval, vagyis véletlenszerű mozgással jutnak el rendeltetési helyükre. A mostani eredmények szerint a sejtek nem bízzák a véletlenre a folyamatot, hanem irányított folyadékáramlásokat hoznak létre, amelyek a szükséges molekulákat gyorsan a mozgásért és a szöveti regenerációért felelős zónába terelik.

Egy váratlan megfigyeléssel kezdődött

A felfedezés egy váratlan megfigyeléssel kezdődött egy massachusettsi neurobiológiai kurzus során, ahol Catherine Galbraith és James Galbraith egy szokványos oktatási kísérlet közben figyeltek fel szokatlan jelenségre. „Valójában egy teljesen váratlan eredménnyel indult az egész” – mondta Cathy. „Egyszerűen csak egy tantermi kísérletet végeztünk a hallgatókkal.” – idézi a ScienceDaily.

A kutatók lézerrel ideiglenesen „láthatatlanná” tettek egy fehérjesávot egy élő sejt hátsó részén, hogy nyomon kövessék a molekulák mozgását, ám a kísérlet során a sejt elülső peremén is megjelent egy sötét sáv, ahol a sejt előrenyúlva mozog. „Kicsit játékból próbáltuk ki, aztán rájöttünk, hogy ezzel olyasmit tudunk mérni, amit korábban nem lehetett” – tette hozzá.

A jelenség hátterében az aktin áll

A részletes vizsgálatok kimutatták, hogy a jelenség hátterében az aktin nevű, a sejtvándorlásban kulcsszerepet játszó fehérje gyors, előre irányuló áramlása áll. Korábban úgy vélték, hogy az aktin főként diffúzióval jut el erre a területre, ám az új eredmények szerint a sejtek ténylegesen „hátsó összenyomással” terelik előre az anyagokat.

„Rájöttünk, hogy a tankönyvi ábrákból hiányzik egy hatalmas darab” – fogalmazott Jim. „Kell lennie valamilyen áramlásnak, ami előretolja a dolgokat. A sejtek valóban együtt haladnak az áramlással.”

Fejlett képalkotó technológiák

A kutatócsoport fejlett képalkotó technológiák segítségével igazolta, hogy ezek az áramlások sokkal gyorsabban juttatják el az aktint és más fehérjéket a célterületre, mint a puszta diffúzió.

„Azt találtuk, hogy a sejt képes hátul összenyomni magát, és pontosan oda irányítani az anyagot, ahová küldeni akarja” – magyarázta Jim. „Ha egy szivacs egyik felét összenyomjuk, a víz is csak arra az oldalra áramlik. Lényegében ezt teszi a sejt is.”

Az áramlások nem specifikusak

Az áramlások nem specifikusak, vagyis egyszerre többféle fehérjét is képesek szállítani, ami rendkívül hatékony rendszert eredményez a sejtalak változtatásához, a tapadáshoz és a gyors mozgáshoz.

Emellett a kutatók kimutatták, hogy mindez egy speciális, membránnal nem határolt, mégis elkülönülő régióban zajlik, amelyet aktin–miozin kondenzátum határol, és amely afféle fizikai gátként irányítja a molekulákat az előrenyomuló perem felé.

Fluoreszcens molekulák

Az új módszerrel, amit FLOP névre kereszteltek, a fluoreszcens molekulák egyetlen ponton történő aktiválásával követték nyomon az áramlást. „Ez egyáltalán nem volt kudarc” – mondta Cathy a név kapcsán. „Éppen ellenkezőleg, azért nem volt kudarc, mert működött.”

A felfedezés különösen fontos lehet a daganatkutatásban, mivel magyarázatot adhat arra, hogy bizonyos ráksejtek miért képesek rendkívül gyorsan és agresszíven terjedni.

„Tudjuk, hogy ezek a rendkívül invazív sejtek rendelkeznek ezzel a lenyűgöző mechanizmussal, amely villámgyorsan juttatja a fehérjéket a sejt elejére” – hangsúlyozta Jim, aki szerint bár minden sejt hasonló alkotóelemekből épül fel, azok szerveződése alapvetően meghatározza a működést.

Célzott terápiás stratégiák

A kutatók úgy vélik, ha sikerül pontosan feltárni, miben tér el ez a rendszer a normál és a daganatos sejtekben, akkor célzott terápiás stratégiák is kidolgozhatók lehetnek. „Ha megértjük a különbségeket, a jövőbeli kezeléseket is ezekre alapozhatjuk” – mondta.

A vizsgálat mérnökök, fizikusok és sejtbiológusok együttműködésével valósult meg, és olyan egyedi képalkotó eszközökre támaszkodott, mint az iPALM interferometrikus technika, amely nanométeres felbontásban képes struktúrákat megjeleníteni. „Az iPALM lehetővé tette, hogy fizikailag is lássuk ezeket a kompartmenteket” – emelte ki Jim.