Монтелл, профессор молекулярной клеточной биологии и биологии развития Даггана, и его коллеги работали над тремя независимыми проектами с участием Е-кадгерина, белка, обнаруженного в эпителиальных клетках по всему телу. Исследователи использовали яичники плодовой мухи, чтобы раскрыть роль E-кадгерина в коллективной миграции клеток. Их результаты опубликованы сегодня в журнале Cell.
Согласно традиционной научной догме, E-кадгерин действует как раствор между кирпичами, удерживая клетки вместе и предотвращая их подвижность. Команда Монтелла обнаружила обратное: кадгерин на самом деле способствует способности клеток двигаться и мигрировать. «Он делает это тремя разными способами в трех разных частях клетки», — сказал Монтелл. «В каждой точке клетки кадгерин делает что-то свое, и все они действуют вместе, чтобы управлять движением клеток».Команда Монтелла стремилась понять опосредованную E-cadherin миграцию этих клеток с помощью трех отдельных подходов, которые сошлись на одной идее: руководство движением клеток. «Этот вид подвижности похож на то, что делают опухолевые клетки при метастазировании, — сказал Монтелл, — и это часть нормального развития различных тканей».Один исследователь изучал взаимодействие между ведущей клеткой и следующими клетками; отсюда и аналогия с ездовой собакой.
Ведущая клетка привязана E-кадерином к другим клеткам в кластере и тянет их в нужном направлении так же, как ведущая ездовая собака направляет свою команду.В то время как E-кадгерин распределен по всему кластеру клеток, ведущая клетка, определяемая сильной силой E-кадгерина, которая заставляет клетку выступать в направлении движения, может связываться с боковыми и задними клетками и препятствовать им. от выступающих. Это создает переднюю и заднюю часть для всего кластера ячеек.
Ведущий автор Данфенг Кай, аспирант лаборатории Дениз Монтелл, подавил кадгерин в различных типах клеток и проанализировал видимые дефекты наведения, сняв фильмы о мигрирующих клетках. Когда клеткам не хватало E-кадгерина, они не могли мигрировать как организованная группа, и направление их движения было случайным и нерегулярным.Другой член исследовательской группы сконструировал оптический датчик механического натяжения — своего рода микроскопическую пружину — и вставил его в белок кадгерин.
Это позволило измерить силу, действующую на молекулы E-кадгерина. Результаты показали, что, хотя распределение белка было равномерным, сила, приходящаяся на молекулу, была сильнее спереди. «Удивительно, что вы можете проводить такие измерения в живых клетках», — сказал Монтелл.Помимо освещения роли E-кадгерина в миграции клеток, в документе представлены новые экспериментальные инструменты, которые команда использовала для исследования и анализа E-кадгерина в живых тканях, первым из которых является оптический датчик механического напряжения. Исследователи обнаружили, что молекулы E-кадгерина, имплантированные датчиком, были полностью функциональными.
Это позволило им создать трансгенных мух, содержащих только молекулы E-кадгерина, с оптическими сенсорами.«Этот датчик напряжения in vivo может произвести революцию в области исследований, направленных на выяснение взаимодействия между биохимическими сигналами и механическими силами во время морфогенеза», — сказал Монтелл. «В отличие от других подходов, которые пытаются измерить силы в тканях, таких как лазерная резка, этот метод не вызывает возмущений».Второй инструмент, разработанный и впервые опубликованный командой Монтелла, — это морфодинамическое профилирование.
Этот количественный подход позволил исследователям сравнить изменение морфологии клеток с течением времени между разными генотипами.Данные визуализации движения клеток были математически переведены в графики, показывающие скорости выдвижения и втягивания клеток в разные моменты времени. Анализ 26 параметров показал, что рецепторы E-кадгерина и хемоаттрактанта, которые, как считается, являются направляющими клеточными движениями, имели статистически неразличимые фенотипы, что указывает на то, что E-кадгерин и классические рецепторы-направляющие функционируют одним и тем же путем.«E-кадгерин служит нескольким целям, — заключил Монтелл, — все они действуют вместе, чтобы координировать коллективную способность этих клеток ощущать направление.
Наша работа демонстрирует три совершенно разных подхода, которые все показывают один и тот же результат». Хотя E-кадгерин выполняет разные функции в разных субклеточных местоположениях, он, по-видимому, управляет связной миграцией клеток, что является совершенно новой ролью этой много изученной молекулы.