Учёные открыли скрытую динамику мельчайших структур клетки

Учёные из Северо-Западного университета (Feinberg) пересматривают научное понимание мельчайших компонентов клетки. Структуры, которые ранее считались статичными, теперь оказываются динамическими двигателями клеточной жизни.

Исследование под руководством Владимира Гельфанда и Сергея Трояновского выявило новые функции цитоскелетных филаментов и межклеточных соединений. Отдельное исследование Брайана Митчелла идентифицировало новый механизм защиты эпителиальных клеток от повреждений.

Как клетки генерируют движение

Команда Гельфанда использовала передовые методы визуализации для наблюдения за виментиновыми промежуточными филаментами — ключевыми компонентами цитоскелета — внутри живых клеток.

«По сути, эти филаменты обычно считаются наиболее нединамичным компонентом цитоскелета», — сказал Гельфанд. «Люди обычно верят, что филаменты просто помогают клеткам сохранять форму и предотвращать механические повреждения. Но давно мы начали подозревать, что филаменты более динамичны, чем думают люди».

Вопреки давним представлениям о том, что эти филаменты жёсткие и собранные в пучки, исследователи обнаружили, что виментиновые филаменты высокомобильны и перемещаются индивидуально вдоль микротрубочек — внутренних «магистралей» клетки.

В другом исследовании, опубликованном в Nature Physics, учёные обнаружили, что цитоплазма в клетках далека от инертной. Вместо этого её перемешивают микроскопические «смерчи» — вихреподобные движения, которые помогают распределять органеллы и другой клеточный груз.

Что скрепляет клетки вместе

Исследование Трояновского было сосредоточено на адгезивных соединениях — белковых комплексах, которые удерживают клетки вместе. Его команда выявила новые представления о том, как функционирует межклеточный «клей», обеспечивая взаимодействие между клетками.

«То, что мы изучали здесь, простыми словами, — это клей, который соединяет клетки», — сказал Трояновский.

Исследование показало, что эти соединения формируются через ступенчатый процесс, начинающийся с крошечных «пред-соединений», которые в конечном итоге созревают в полноценные адгезивные структуры.

Как клетки реагируют на скученность

Лаборатория Брайана Митчелла обнаружила ранее неизвестный механизм, который эпителиальные клетки используют для борьбы с перенаселенностью — распространённым стрессором в тканевых средах.

«По мере того как ткань становится переполненной, эти события происходят периодически, чтобы избежать необходимости проходить через процесс экструзии клеток. Оба этих процесса могут решить проблему, но экструзия клеток более затратна и необратима», — сказал Митчелл.

Вместо того чтобы подвергаться клеточной экструзии, которая может быть повреждающей, эпителиальные клетки инициируют макропиноцитоз — процесс, при котором клетка поглощает внеклеточный материал. Это действие уменьшает апикальную поверхность клетки, снимая давление и сохраняя целостность ткани.

Вместе эти исследования подчёркивают смену парадигмы в клеточной биологии: мельчайшие структуры внутри клеток являются не пассивными каркасами, а активными участниками поддержания клеточного здоровья, коммуникации и адаптируемости.

Больше информации: Bhuvanasundar Renganathan et al, Vimentin filament transport and organization revealed by single-particle tracking and 3D FIB-SEM, Journal of Cell Biology (2025). DOI: 10.1083/jcb.202406054