Обладающие подвижностью клетки, такие как нейтрофилы крови, передвигаются в направлении химических стимулов — это явление известно как хемотаксис. В многочисленных наблюдениях было отмечено, что клетки способны сохранять основное направление движения даже в условиях колебаний концентрации химических веществ в окружающей их среде. Американским исследователям удалось выяснить биохимический механизм формирования подобной памяти. Отчет об их работе опубликован в PNAS.
Направленная миграция клеток играет ключевую роль в выполнении их функций. Химические стимулы, указывающие направление этой миграции, активирует рецепторы на поверхности клеточной мембраны и вызывают поляризацию в направлении градиента концентрации. Такая система должна быть крайне чувствительной к любому перепаду концентраций, создающему химический «шум», однако на практике клетки надежно сохраняют основное направление движения в меняющихся условиях среды. Это указывает на наличие биохимического механизма, сохраняющего память о направлении при колебаниях концентрации химического стимула, временной утрате поляризации или насыщении хемотактических рецепторов.
Чтобы изучить этот механизм, американский межвузовский исследовательский коллектив сконструировал устройство, состоящее из двух емкостей, соединенных микроканалами. Размер микроканалов (3×5 микрометра) был подобран так, что в один канал может поместиться одна клетка, причем она полностью перекроет его просвет и для жидкости. Таким образом клетки ограничили в передвижении одним измерением (вперед и назад по каналу), кроме того, их контакт с химическими стимулами и геометрия оставались постоянными. Для исследования были выбраны нейтрофилоподобные клетки с активным хемотаксисом линии HL-60.
Затем емкости наполняли растворами хемоаттрактантов разных концентраций, чтобы изучить поведение клеток в условиях химических флуктуаций, насыщения рецепторов и деполяризации. Выяснилось, что реполяризация происходит преимущественно в направлении предыдущей ориентации клетки. Модель, основанная на долгоживущих асимметричных клеточных структурах, которые остаются неизменными при деполяризации и влияют на ориентацию клетки после реполяризации, могла воспроизвести многие аспекты подобной памяти о направлении.
Долгоживущие асимметричные клеточные структуры — это актомиозиновый цитоскелет и комплексы актиновых фибрилл, цитоплазматических мембран и соединяющих их белков семейства ERM (эзрин, радиксин, моэзин). Наблюдения показали, что моэзин, обладающий длительной поляризацией и долго сохраняющий свою форму, является наиболее вероятным кандидатом на хранение памяти. Действительно, ингибирование моэзина приводило к снижению памяти, а его стабилизация — к ее улучшению. В свою очередь, деполимеризация микротрубочек приводила к нарушению ориентации скоплений моэзина и также снижала память о направлении.
Кроме того, определенную роль в запоминании, как выяснилось, играет миозин, поскольку его ингибитор блеббистатин в эксперименте негативно влиял на память. Таким образом, носителем памяти о направлении движения оказались долгоживущие поляризованные структуры цитоскелета: моэзин, миозин и микротрубочки.
Олег Лищук