(Le Maout et al, Biophysical Journal, 2020) Während viele der Zellen, aus denen unser Körper besteht, im Wesentlichen weiche Dinge sind, verfügen sie über einige innere Strukturen, die (größtenteils) ihre Form behalten müssen. Dazu gehört der Kern, der unsere genetischen Anweisungen sicher speichert und in bestimmten Konfigurationen versteckt ist.
Wie alle unsere Zellorgane ist der Zellkern durch ein Netzwerk aus Filamenten, das Zytoskelett, verankert.
Dieses Zytoskelett spielt auch eine Rolle eine wichtige Rolle bei der Zellbewegung , die entscheidende Dinge bestimmt, wie zum Beispiel, wie wir uns entwickeln, wie Organe funktionieren und wie Krebs dringt in unseren Körper ein.
Bisher wurden Zellbewegungen meist in einer flachen 2D-Umgebung untersucht. Dies unterscheidet sich eindeutig deutlich von den 3D-Welten unseres Körpers. Daher hat ein Forscherteam aus Frankreich einen genaueren Blick darauf geworfen, wie Zellen 3D-Hindernisse überwinden, und einige unglaubliche Aufnahmen gemacht.
Die Molekularbiologin Emilie Le Maout von der Universität Straßburg und ihre Kollegen haben einen Hindernisparcours aus Tunneln aufgebaut. Einige waren offen, andere hatten Verengungen und einige Engpässe waren kleiner als ein Zellkern.
Wie das Video unten zeigt, können sich die von ihnen getesteten Fibroblastenzellen – Zellen, aus denen das für die Wundheilung und die Kollagenbildung wichtige Bindegewebe besteht – tatsächlich verformen, um sich hindurchzuzwängen.
(Le Maout et al, Biophysical Journal, 2020)
Das Team entdeckte außerdem, dass die Zellen innehalten, wenn die Lücke zu klein ist, als dass der Zellkern hineinpassen würde. Einige Zellen scheinen sich dann zu verankern und zu ziehen, bis ihr Zellkern so weit zusammengedrückt wird, dass sie ebenfalls durchkommen können.
In einem anderen Video ist zu sehen, wie sich während dieses Quetschvorgangs Keratin am hinteren Ende des Zellkerns ansammelt. Keratin ist ein Bestandteil von eines von drei Filamentnetzwerken das bildet das Zytoskelett. Es spielt eine Rolle beim schnellen Auf- und Abbau dieser Gerüste.
(Le Maout et al, Biophysical Journal, 2020)
Möglicherweise ist es diese Keratin-Neuordnung, die es der Zelle ermöglicht, sich zu verformen. Daher testeten Le Maout und sein Team diese Theorie mit mutierten oralen Plattenepithelzellen – den Zellen, die Ihren Mund auskleiden.
Die Mutation führt zu deformierten Keratinproteinen, die mit Krebserkrankungen in diesem Gewebetyp in Zusammenhang stehen. Die mutierten Zellen konnten die Engpässe nicht überwinden, was darauf hindeutet, dass Keratin für den Quetschprozess, möglicherweise des Zellkerns, von entscheidender Bedeutung ist.
„Da der anfängliche Stillstand in der Kapillare entscheidend dafür ist, dass Tumorzellen an sekundäre Stellen in entfernten Organen metastasieren können, könnte die Blockierung durch mutiertes Keratin Vorteile für die Tumoraussaat, das Überleben und die Proliferation bieten.“ sagte Zellbiophysiker Daniel Riveline von der Universität Straßburg.
„Zukünftige Studien könnten diese Kanalstrategie nutzen, um Signalnetzwerke zu identifizieren, die im Zusammenhang mit Krebs verändert werden.“
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass es eine Grenze dafür gibt, wie weit der Kern verzerrt werden kann. Es platzt, wenn es zu stark zusammengedrückt wird Dabei wird die wertvolle DNA in das Zytoplasma der Zelle freigesetzt, das DNA-zerstörende Enzyme enthält, die davor schützen Viren .
Ein Riss in der Kernmembran „ist das Schlimmste, was einer Zelle passieren und sie überleben lassen kann“, sagt der Zellbiologe Matthieu Piel erzählt Wissenschaft im Jahr 2016. Die Zellen verfügen über Mechanismen, um diese Schäden schnell zu reparieren, einige davon können jedoch zum Zelltod oder Krebs führen.
Le Maout und sein Team stellten außerdem fest, dass sich die von ihnen getesteten Zellen in Richtung chemischer Gradienten bewegten, wenn diese vorhanden waren, und sich andernfalls in Bereiche mit gebrochener Symmetrie begaben. Ohne diese Gleichmäßigkeitsunterbrechungen würden die Zellen beim Eintritt in eine neue Röhre in der Richtung weitermachen, in die sie blicken.
Ein besseres Verständnis der Regeln und Grenzen zellulärer Bewegungen könnte neue Wege zu deren Reparatur aufzeigen, wenn Zellen schief gehen – ein subtiler, aber entscheidender Schritt für unser Verständnis von Krebs.
Diese Forschung wurde in der veröffentlicht Biophysikalisches Journal .