Nyt studie gør det muligt at forstå cellers vandringer og kræftcellers invasion

Videnskabelige nybrud 25. apr 2021 3 min Assistant professor Amin Doostmohammadi Skrevet af Morten Busch

Kroppen som maskine bruges ofte som metafor, når den rå brutalitet i fysiske præstationer skal beskrives. Overfor det stilles de følsomme biologiske processer, der styrer kroppens mindste processer i cellerne. Ved at studere de mekaniske kræfter involveret i celle-til-cellekontakter er det nu lykkedes forskere at identificere de fundamentalt forskellige strategier, celler brugertil at bevæge sig, både når de er alene og sammen med andre. Det nye studie gør det muligt at forstå cellers vandringer under sårheling og kræftcellers invasion.

Interesseret i Videnskabelige nybrud? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

Første gang virker det næsten som trylleri. Man sætter plasteret over det grimme sår, og når man fjerner det igen er huden næsten som ny. Helingen af sår er det mest naturlige for de fleste mennesker. Dykker man ned i processerne bag, er det derimod en kompliceret balance og et samspil mellem de fysiske kræfter celle-til-celle og de biokemiske processer inde i cellen. Forskere har nu i detalje undersøgt mekanismerne i cellernes bevægelse og koordination for bedre af forstå processerne i sårheling og kræftcellers invasion og menneskets udvikling.

”Der er stor forskel på, hvordan celler opfører sig alene og i et fællesskab. Mens de for sig selv viser en kontraktil adfærd – som en orm, der trækker sig sammen – så styres cellerne i fælleskabet af ekstensile kræfter – svarende til, at ormen strækker sig ud igen. Ved at måle de mekaniske kræfter, som celler skaber, kan vi samtidig se et skift mellem de to mekanismer og samtidig transport af proteiner, som vi ved bl.a. er involveret i at binde celler sammen, og som vi også ser ændringer i ved kræftsygdomme,” fortæller adjunkt ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, Amin Doostmohammadi.

Cellerne finder selv tilbage

Cellers evne til at organisere, bevæge og udvikle sig, afhænger meget af deres samspil med omgivelserne og med andre celler. Derfor er det afgørende for mange forskellige fænomener i kroppen, fx dannelse af væv, den måde sår heler på og den måde, en kræfttumor udvikler sig, når kræft udvikler sig. I et internationalt samarbejde mellem forskere i Danmark, Storbritannien, Frankrig, Australien og Singapore, ledet af Amin Doostmohammadi ved Niels Bohr Institute, prøvede de at forstå, hvad der får systemerne til at udvikle sig anderledes.

”Celler er aktive systemer, der hele tiden styrer væk fra termisk ligevægt og omdanner energi til bevægelse. Når vi isolerer enkelte celler i laboratoriet, bliver cellerne kontraktile, dvs. polerne nærmer sig hinanden – eller trækker sig sammen ved hjælp af bevægelse i særlige proteiner – kaldet actomyosin-sammentrækninger. Derfor ville det også være forventeligt, at noget lignende sker, når man har et multicellelag med mange celler, men her kan vi se, at det afhænger af celletypen,” forklarer Amin Doostmohammadi.

Mens cellerne i bindevæv såsom fibroblast opfører sig kontraktilt, så udviser epitellag såsom nyreceller eller brystkræftceller en ekstensil adfærd, dvs. at de strækker sig ud. Forskerne stillede sig derfor spørgsmålet, hvad der mon ville ske, hvis man blandede de to typer sammen. Ville kræfterne udligne hinanden, eller ville den ene celletype påvirke den anden.

”Når vi blandede de kontraktile og ekstensile celler sammen, så vi et ganske fascinerende fænomen, for cellerne samlede sig, så de langsomt fandt sammen med celler af samme type. De sorterede sig selv – noget, vi forestiller os, er en generel mekanisme til mønsterdannelse inde i kroppen fx ved organdannelse og sårheling,” siger Amin Doostmohammadi.

Mekanisk sårheling

Ved hjælp af en kombination af omfattende eksperimentelle undersøgelser og computer-modellering er det også lykkedes at vise, hvilke indre ændringer i cellerne der fører til skiftet fra den kontraktile til den extensile tilstand og vice versa. Det viser sig her, at proteinet E-cadherin spiller en væsentlig rolle. Når forskerne fjernede genet, der koder for proteinet, ved hjælp af CRISPR-genmodificering, skiftede cellerne fra kontraktil til kontraktil.

”Det er som en kontakt, der trykkes på, og når det sker, opbygges en spænding mellem cellens membran og væskesubstrat indvendig. Det påvirker igen de såkaldte actin-stressfibre og fører den vej rundt til en hel række mekaniske og biologiske ændringer inde i cellen. På samme måde kan man påvirke cellen mekanisk udvendigt og skabe de samme biologiske forandringer indvendigt,” uddyber Amin Doostmohammadi.

Forskerne håber, at det at forstå det mekaniske grundlag for cellernes migration kan bruges til at øge cellernes egen evne til at hele sår. De nye fund er dog også særdeles interessant i forhold til fx kræftudvikling. Fx har proteinet E-cadherin i flere år haft stor bevågenhed fra kræftforskere, da netop mangel på cadherin har været koblet til udvikling af kræft.

”Dette kombinerede teoretisk og eksperimentelle studie har gjort det muligt for os at forstå disse mekanismer langt bedre, altså hvilke indre biokemiske signaler der aktiveres ved mekaniske belastninger. Det er ikke kun en langt bedre værktøjkasse til at kunne forudsige, hvordan væv udvikler sig sundt, men tilsvarende hjælper den os også til at forstå, hvad der sker, når det går galt, som det fx sker i kræft, hvor nogle celler bryder ud af tilsyneladende sunde væv og begynder at skabe svulster og endnu værre metastaser. Kan vi lære at afkode denne mekanisme, kan vi måske også hjælpe til helbredelsen,” slutter Amin Doostmohammadi.

Investigating the nature of active forces in tissues reveals how contractile cells can form extensile monolayers” er udgivet i Nature Materials. Amin Doostmohammadi modtog i 2019 et Novo Nordisk Foundation Assistant Professorship som en del af Niels Bohr International Academy.

Credit top photo: Lakshmi Balasubramaniam

Amin Doostmohammadi holds a prestigious Novo Nordisk Foundation Assistant Professorship at the Niels Bohr International Academy and is the leader of t...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020