Rola mechaniki korteksu komórkowego w ruchliwości komórek

(Laboratorium Mechaniki Korteksu Komórkowego MIBMiK - zespół dr Ewy Paluch*)

Korteks komórkowy jest cienką siecią zlokalizowaną pod błoną; komórkową. Jego głównymi składnikami są: filamenty aktynowe, motory miozynowe oraz inne białka oddziałujące z aktyną. Podstawowym  zadaniem korteksu komórkowego jest nadawanie kształtu komórce oraz opieranie się
zewnętrznym naprężeniom.

Mechaniczne właściwości  korteksu komórkowego, jak np. jego kurczliwość  oraz sztywność, są czynnie zaangażowane w szereg procesów fizjologicznych w komórce (mitoza, cytokineza, ruch komórki), jak i patofizjologicznych, powiązanych między innymi z rozprzestrzenianiem się komórek rakowych, które często posiadają  korteks o bardzo wysokim napięciu. Pomimo ogromnej roli fizjologicznej mechaniki korteksu, wciąż  jednak bardzo mało jest wiadomo na temat biofizycznych właściwości korteksu, np. w jaki sposób korteks jest przyłączony do błony komórkowej oraz jak właściwości mechaniczne korteksu są  regulowane.

Laboratorium Dr. Paluch bada mechaniczne właściwości korteksu w odniesieniu do jego struktury białkowej. Koncentrujemy się szczególnie na mechanice formowania blebów, protruzji
błonowych zaangażowanych między innymi w ruch komórki oraz cytokineze, a  powstających pod wpływem kontrakcji korteksu.

Several axes of research are being developed:

- Regulacja regulacji mechanicznego napięcia korteksu komórkowego.
Badania mają na celu identyfikacje białek zaangażowanych w regulacje mechanicznych właściwości komórki oraz jak białkowa struktura korteksu reaguje na zmiany mechanicznych parametrów korteksu.

- Mechanizmy formowania blebów. Wcześniejsze badania w laboratorium szczegółowo opisały mechanikę wzrostu blebów oraz rolę napięcia korteksu w tworzeniu się blebów. We współpracy z
teoretykami w dziedzinie fizyki, aktualnie jest badana dynamika wzrostu blebów, celem zrozumienia, które elementy komórki przyczyniają się do rozpraszania energii podczas wzrostu blebów i przez to
hamują tenże wzrost. Pomoże to zrozumieć w jaki sposób komórka może kontrolować typ protruzji komórkowej, na przykład podczas przemieszczania się.

- Rola blebów podczas cytokinezy. Eksperymenty, w których lokalnie zniszczono korteks, co doprowadziło do oscylacji pierścienia cytokinetycznego i w efekcie do braku cytokinezy, wskazują, że
napięcie korteksu musi być bardzo precyzyjnie regulowane. Przyjęta przez nas hipoteza badawcza zakłada, że bleby powstające podczas cytokinezy regulują napięcie komórkowe, przez co zapobiegają wszelkim niestabilnościom mogącym prowadzić do oscylacji. W celu zweryfikowania tej hipotezy, zmieniane są parametry kontrolujące łatwość powstawania blebów poprzez techniki molekularne – delecję genów kodujących białka korteksowe oraz lokalne aktywowanie lub dezaktywowanie
białek sieciujących korteks. Podobne badania zostaną również przeprowadzone w komórkach dzielących się in vivo, podczas rozwoju embrionalnego.

- Funkcja blebów jako protruzje komórkowych podczas ruchu komórek. Ten typ ruchu jest częstą  alternatywą do ruchu przy pomocy lamelipodów, szczególnie w warunkach trójwymiarowych, np. w przypadku komórek rakowych traktowanych czynnikami hamującymi wytwarzanie lamelipodiów. Dlatego bardzo ważnym zagadnieniem jest zrozumienie mechanizmów kontrolujących rodzaj wytwarzanej protruzji. W tym celu badany jest mechanizm tworzenia różnych protruzji w warunkach in vivo w komórkach mezodermalnych ryby Danio rerio, jak również  in vitro w systemie komórkowym „Walker carcinosarcoma”.

*Prace Laboratorium Mechaniki Korteksu Komórkowego MIBMiK pod kieronictwem dr Ewy Paluch są finansowane przez stronę polską, a zlokalizowane w Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics w Dreźnie