Учёные выяснили, как препятствия в мембране нейронов влияют на распространение механического напряжения

Исследователи из Института фотонных наук (ICFO) и Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили новые детали того, как нейроны передают механическое напряжение через свои мембраны. Оказалось, что ключевую роль в этом процессе играют не просто наличие препятствий в мембране, но и их расположение.

Снимок эксперимента с изолированным нейроном Caenorhabditis elegans с двумя прикреплёнными микрошариками. Автор: ICFO

Учёные исследовали два типа механорецепторов у круглого червя Caenorhabditis elegans: тактильные рецепторы, быстро реагирующие на прикосновение, и проприорецепторы, ощущающие деформации тела при движении.

«Наша предыдущая работа была сосредоточена на цитоскелете, но мы начали задаваться вопросом, может ли плазматическая мембрана также передавать механическую информацию», — объясняет профессор Майкл Криг, ведущий автор исследования.

Групповое фото: слева направо: Неус Санфелиу-Сердан, Фредерик Катала-Кастро и Майкл Криг в своей лаборатории в ICFO. Автор: ICFO

Используя оптический пинцет — инструмент, основанный на сфокусированных лазерных лучах, — исследователи прикрепляли два пластиковых микрошарика к аксонам нейронов, растягивали их и с исключительной точностью измеряли, как возникающее напряжение передаётся от одного к другому.

Результаты показали, что распространение напряжения происходит быстрее в тактильных рецепторах, чем в проприорецепторах. Более того, выяснилось, что на распространение влияет не только наличие препятствий в мембране (в основном встроенных белков), но и то, как эти препятствия расположены.

Как напряжение распространяется в нейронах: роль препятствий. Автор: ICFO

Математическое моделирование вместе с экспериментальными данными показало, что когда препятствия выстроены в регулярном порядке, они ограничивают распространение напряжения на более короткие расстояния. По мнению исследователей, это может помогать нейронам точно определять, где приложена сила, различать разные стимулы и генерировать локализованные ответы, не затрагивая всю клетку.

Напротив, случайное расположение препятствий позволяет напряжению распространяться гораздо дальше, потенциально помогая клеткам распределять механическую информацию на большие расстояния.

Доктор Ева Крейзинг, эксперт по развитию нейронаук из Кембриджского университета, прокомментировала: «Это очень своевременная работа. Учитывая важную роль, которую, как было показано, играет мембранное напряжение в регуляции функции клетки, очень важно понимать, насколько локализован этот параметр или как далеко он распространяется».

Следующей задачей будет связать эти физические данные с конкретными молекулярными механизмами, в конечном итоге преодолев разрыв между механическими силами на мембране и биологическими решениями, которые они запускают.

Больше информации: Català-Castro, F., et al. Obstacles regulate membrane tension propagation to enable localized mechanotransduction, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-03037-x