Výzkumníci z Mechanobiology Institute (MBI) při National University of Singapore (NUS) odhalili molekulární děje vedoucí k regulaci buněčného růstu a proliferace v reakci na tuhost extracelulární matrix, která je obklopuje. Tato studie byla publikována ve vědeckém časopise PNAS dne 14. října 2016.
Jak rigidita matrice ovlivňuje proliferaci buněk
Je stále jasnější, že buňky reagují na mechanické vlastnosti svého bezprostředního mikroprostředí, kterým je v podstatě skelet na bázi molekul nazývaný extracelulární matrice (ECM). Větší důraz je nyní kladen na to, jak vlastnosti ECM, jako je jeho tuhost, tvar a zakřivení, mohou ovlivnit základní buněčné chování; zejména schopnost buňky růst, proliferovat, přijímat specializované funkce a pohybovat se.
V mnoha případech jsou výzkumníci schopni vidět, jak se objevuje příběh, kdy si buňka uvědomuje své okolí a reaguje určitým způsobem. V mnoha z těchto příběhů však můžeme vidět pouze začátek a konec velmi složité série událostí; střední molekulární děje, které spojují mechanické signály s buněčnou odpovědí, zůstávají do značné míry nejasné.
Odhalení molekulárního příběhu, který se odehrává, když buňka reaguje na jednu vlastnost ECM – svou tuhost – bylo cílem studie vedené ředitelem MBI profesorem Michaelem Sheetzem a postdoktorandem Dr. Naotakou Nakazawou. V tomto případě je zvláště zajímalo, jak tuhost ECM ovlivňuje syntézu proteinů souvisejících s buněčnou proliferací.
Jak se jejich příběh vyvíjel, objevila se hlavní postava; protein nazvaný FHL2 a specifická molekulární událost; jeho přemístění z míst v blízkosti buněčné membrány dovnitř jádra. Na membráně pomáhá FHL2 buňce připojit se k ECM a přijímat mechanické signály, ale jakmile je uvnitř jádra, naváže se na specializované molekulární mechanismy na DNA a řídí dekódování genů.
Pomocí pokročilých laboratorních technik, jako je mikroskopie atomárních sil k měření tuhosti ECM, a zobrazování s vysokým rozlišením k vizualizaci subcelulárního umístění jednotlivých proteinů, vědci odhalili, že pohyb FHL2 do jádra by došlo pouze v případě, že článek nebyl schopen vyvinout dostatečnou sílu na ECM. Jinými slovy, FHL2 se přesunul do jádra, když byly buňky obklopeny měkkým ECM, nebo když buňky nebyly schopny vyvinout dostatečnou sílu k pohybu proti matrici.
V tomto bodě příběhu bylo jasné, že k transportu FHL2 do jádra může dojít pouze tehdy, pokud byl protein nejprve chemicky modifikován. Tato modifikace byla provedena jiným proteinem zvaným Fokální adhezní kináza (FAK) v reakci na změny mechanických sil obklopujících buňku. Jakmile byla FHL2 uvnitř jádra, mohla vykonávat svou roli při dekódování DNA, což v tomto případě mělo zapnout syntézu specifického proteinu zvaného p21, inhibitoru buněčného růstu a proliferace.
Neustálý růst buněk v měkkém prostředí je spojen s proliferací rakovinných buněk a růstem nádorů. Aby zdravá buňka detekovala měkké prostředí a zajistila, že nedojde k nevyzpytatelnému buněčnému růstu, potřebuje proteiny jako FHL2, které zprostředkují produkci proteinů jako p21.
Zatímco tento příběh končí ochranným působením FHL2 proti rakovině, v jiných případech se její prominentní role v buněčné signalizaci stává dvousečným mečem. Například u rakoviny prsu a vaječníků je známo, že FHL2 působí proti mechanickým signálům a podporuje růst rakovinných buněk a metastázy.
Je proto nezbytně nutné, aby výzkum pokračoval v rozboru molekulárních cest zahrnujících tento protein. S vyprávěním příběhu o tom, jak FHL2 potlačuje růst zdravých buněk v měkkém prostředí, lze doufat, že výzkumníci mohou prozkoumat, proč se v rakovinných buňkách chová odlišně a zda zaměření na tyto molekulární události může být pro pacienty s rakovinou prospěšné.
