Celler sender signaler på tværs af cellemembranen ved at trække i den

Når en celle skal sende signaler fra den ene ende af cellen til den anden, kan den gøre det med kemiske signaler og med elektriske signaler, men også ved simpelthen at trække i cellemembranen, så trækket i den ene ende kan mærkes i den anden.

Dette viser et nyt forskningsarbejde, der er blevet offentliggjort i tidsskriftet Cell.

De kræfter, som cellen trækker i cellemembranen med, er en integreret del af cellens måde at sende information mellem forskellige dele af cellen og regulere bevægelse, blandt andet. Dermed er denne form for cellulær kommunikation også vigtig inden for alt fra spredning af kræft til de processer, der får én celle til at blive til to, til at blive til et foster, og til at blive til et menneske.

Forskningsarbejdet kaster ikke blot lys over, hvordan celler kommunikerer, men forhåbentlig begraver også stridsøkserne mellem forskere, der tilsyneladende har haft forskellige synspunkter om sagen.

"Nogle forskere har ment, at celler genererer en lang række membranspændingsudbredelser, mens andre forskere har fundet ud af, at eksterne kræfter påført membraner slet ikke udbreder sig. Vores forskningsarbejde viser, at begge synspunkter faktisk er korrekte," fortæller en af forskerne bag studiet, professor Orion Weiner fra Cardiovascular Research Institute, Department of Biochemistry and Biophysics, ved University of California, San Francisco.

Forskere har længe været uenige

Tidligere forskningsarbejde har antydet, at celler kan bruge de kræfter, der påvirker cellemembranen, til at sende information fra den ene ende af cellen til den anden.

Man kan forestille sig, at en celle skal bevæge sig i en bestemt retning, og at det kræver, at den ene og den anden ende af cellen kan kommunikere med hinanden.

Proteiner udfører arbejdsopgaverne i en cellemembran, men proteiner ved kun, hvad der foregår i deres umiddelbare omgivelser. Spørgsmålet har derfor været, hvordan proteiner i den ene ende af en cellemembran ved, hvad der foregår i den anden.

Det er på dette område, at nogle forskningsgrupper har lavet forsøg, som har antydet, at når cellen lokalt trækker i sin egen cellemembran, ligesom hvis man trækker i den ene ende af en ballon, vil trækket transmitteres som et stræk i den anden ende af cellemembranen, og at proteinerne der kan trække betydning ud af det stræk.

Andre studier, hvor forskere har trukket direkte i cellemembranen udefra, fandt, at ændringerne i spænding ikke udbredes til resten af cellen.

"Der er ingen tvivl om, at proteiner i den ene ende af cellen ved, hvad der foregår i den anden, men det uafklarede spørgsmål har været, om de fornemmer det ved fysiske kræfter over cellemembranen, ligesom ved tovtrækning, hvor man forestiller sig, at proteiner i den ene ende af cellen kan mærke, at proteinerne i den anden ende trækker i tovet. Hvis membranspænding ikke udbreder sig, er det ikke en god langdistanceintegrator af celleresponser," forklarer Orion Weiner.

Studerede celler med avancerede teknikker

For at komme tættere på en afklaring af spørgsmålet lavede forskerne fra Orion Weiners forskningsgruppe en række forsøg i samarbejde med Carlos Bustamante Group (University of California, Berkeley) og Herve Turliers gruppe (Collège de France, Paris).

For det første benyttede de en avanceret metode til at måle strækket i en given region af en cellemembran. Denne metode involverede, at forskerne satte en perle på cellemembranen og målte, hvor hårdt cellemembranen trak tilbage i perlen.

For det andet benyttede forskerne såkaldt optogenetik, hvor de indsatte et lysfølsomt protein i cellernes arvemasse. Det gjorde, at de lokalt kunne kontrollere cellulære begivenheder ved simpelthen at lyse på cellerne.

De kunne ved at lyse på en celle blandt andet få cellen til selv at skubbe lokalt til cellemembranen.

Dette gjorde forskerne i stand til at undersøge, om der er forskel på, når cellen selv trækker i sin egne cellemembran, sammenlignet med når der bliver trukket i cellemembranen udefra.

Ingen forskere tog fejl

Resultatet af studiet viser meget klart, at de kræfter, som cellen selv udøver på cellemembranen, meget hurtigt spreder sig som en informationsstrøm til resten af cellemembranen.

Ved samtidig at kigge på forskellige steder på cellemembranen kunne forskerne meget præcist se, hvordan kræfterne bevægede sig.

I en anden del af forsøget undersøgte forskerne effekten af, at de selv prøvede at påvirke cellemembranen ved at trække i den udefra, men spændingen udbredes ikke. De konstruerede en samlende matematisk model, der præciserede kravene til membranspændingsudbredelse i celler.

Orion Weiner havde med sine kollegaer altså opdaget, at både de forskere, der havde fundet, at cellen kunne sende signaler fra den ene ende af cellen til den anden ved at trække i cellemembranen gennem interne kr

æfter, og de forskere, som havde fundet, at det ingen effekt havde at trække i cellemembranen udefra, havde ret.

"Det er tilfredsstillende, at man kan løse et tvivlsspørgsmål, hvor det viser sig, at ingen tog fejl; den tidligere forvirring hjælper med at klargøre huller i vores forståelse," siger han.

Som at trække i et tæppe

Orion Weiner fortæller, at opdagelsen giver en helt ny indsigt i funktionen af cellemembranen og de kræfter, der påvirker cellemembranen, i cellulær kommunikation.

Man skal ifølge forskeren forstå, at cellemembranen og det underliggende cytoskelet, der fungerer som et stillads og opretholder celleform, samarbejder om at sende signaler fra den ene ende af cellen til den anden.

Forestiller man sig cellemembranen som et gulvtæppe og cytoskelettet som det klistrede underlag, der sikrer, at tæppet ikke glider rundt på gulvet, kan man se for sig, at det kan være svært at flytte rundt på tæppet/cellemembranen, hvis man ikke samtidig flytter rundt på det klistrede underlag/cytoskelettet.

Prøver man at gøre det ved kun at hive i tæppet, svarer det til at trække i cellemembranen udefra.

Når cellen derimod selv udøver kræfter på cellemembranen, gør den det ved også at trække i cytoskelettet, og det leder til, at information kan sendes fra den ene ende af cellen til den anden.

"Cytoskelettet og membranen samarbejder om at sende signaler rundt i cellen. Denne viden om, hvordan celler opfører sig, er vigtig inden for forståelsen af, hvordan membranspænding interagerer med en lang række cellulære processer, lige fra kræftceller, der invaderer nyt væv, til fosterceller, der skal kontrollere bevægelse for at danne væv og organer," siger Orion Weiner.