Mezinárodní tým vědců vedený výzkumníky z Laboratoře integrativní biologie Ústavu molekulární genetiky (ÚMG) AV ČR, součásti Národního ústavu pro výzkum rakoviny (NÚVR), popsal nový mechanismus, který pomáhá vysvětlit, jak nádorové buňky pronikají do okolních tkání. Studie vyšla v časopise Science Advances a do budoucna může otevřít cestu k novým možnostem léčby.

Vezikuly jako „vnitrobuněční kurýři“

Každá buňka neustále přijímá látky ze svého okolí a zároveň recykluje části své povrchové membrány i adhezivní molekuly zvané receptory. Ty se uvnitř buňky balí do drobných balíčků – vezikul –, které putují do „centrálního třídicího skladu“. Tam mohou být buď rozloženy, nebo vráceny na povrch buňky k dalšímu použití. Tento recyklační proces řídí speciální skupina bílkovin z rodiny Rab11, z nichž nejdůležitější pro tento výzkum je protein Rab25, jehož zvýšená přítomnost a aktivita vede k horší prognóze pacientů s rakovinou prsu a vaječníků. Rab25 rozpoznává vezikuly určené k návratu na povrch buňky, označí je „adresním štítkem“ a zařídí jejich doručení na správné místo.

Vezikuly a pohyb nádorových buněk

Aby se nádorové buňky mohly pohybovat a šířit, vytvářejí na svém povrchu tenké, prstům podobné výběžky zvané filopodia. Buňka pomocí nich „mapuje“ okolí a volí směr pohybu mezibuněčným prostorem. Na koncích filopodií se nacházejí adhezivní molekuly (například integriny), které se přichytávají na mezibuněčnou hmotu a umožňují buňce postup vpřed. Pro takový cílený pohyb je nutné tyto molekuly opakovaně přesouvat do přední části buňky – a právě to Rab25 velmi efektivně zprostředkovává.

Vezikuly Rab25 nejsou jen přepravci – na invazivitě se aktivně podílejí

Dosud nebylo jasné, zda Rab25 pouze „zaparkuje“ náklad na správném místě v čele buňky, nebo zda sám aktivně spouští růst filopodií. Aby to vědci z Laboratoře integrativní biologie ÚMG AV ČR a NÚVR zjistili, potřebovali, aby se vezikuly neshlukovaly jen k přednímu konci pohybující se buňky, ale aby mohly splynout s buněčnou membránou i na jiných místech.

„V našem výzkumu používáme inovativní metodu zvanou magnetogenetika, která kombinuje magnetickou manipulaci s molekulární biologií. Nejprve jsme geneticky upravili buňky karcinomu vaječníků tak, aby se na vezikuly s proteinem Rab25 navázaly funkčně naprogramované magnetické nanočástice. Tyto nanočástice pak do buněk vpravujeme mikroinjekcí a poté je – společně s vezikuly – ovládáme malým magnetem pomocí mikromanipulátoru s joystickem. Následně sledujeme, jak buňky reagují,“ vysvětluje Jakub Gemperle, vedoucí výzkumu z Laboratoře integrativní biologie ÚMG AV ČR a NÚVR.

Tímto způsobem se podařilo prokázat, že vezikuly, které Rab25 nasměruje k buněčné membráně v libovolném místě, okamžitě spustí tvorbu invazivních výběžků. Mění se tak pohled na tyto recyklační váčky: nejde jen o přepravce, ale o aktivní součást mechanismu, který podporuje progresi a invazi rakoviny. Pokud by se jejich aktivitu podařilo v budoucnu cíleně ovlivnit, mohlo by to představovat novou strategii, jak invazivní šíření nádorů brzdit nebo dokonce úplně zastavit.

Zdroj:
Gemperle J, Lisse D, Kappen M et al., Live-cell magnetic manipulation of recycling endosomes reveals their direct effect on actin protrusions to promote invasive migration, Science Advances. Vol 11, Issue 27. DOI: 10.1126/sciadv.adu6361

Obr. 1
Magnetická manipulace nanočástic v živých nádorových buňkách (růžově označený aktinový cytoskelet). Pohyb magnetu připojeného na mikromanipulátor je vidět jako stín a mikroinjikované nanočástice, obalené zeleným fluorescenčním proteinem, jeho pohyb kopírují (nalevo, bílé šipky). Po navázání nanočástic na váčky přes protein Rab25 lze manipulovat magnetickou silou i váčky (napravo) a sledovat jejich efekt na formování invazivních výběžků (žluté šipky) v živých nádorových buňkách. Zdroj: Jakub Gemperle, Ústav molekulární genetiky AV ČR, schémata vytvořena v softwaru Biorender.

Obr. 2
Schéma strategie aktivní magnetické manipulace váčků v živých nádorových buňkách migrujících mezibuněčnou hmotou simulující přirozené podmínky v těle (nalevo). Příklad názorných mikroskopických obrázků demonstrujících lokální spuštění tvorby invazivních výběžků v různých částech buňky (napravo, nanočástice zeleně, Rab25 váčky oranžově).

Zdroj: Jakub Gemperle, Ústav molekulární genetiky AV ČR, schéma vytvořeno v softwaru Biorender.

Videoukázka:
https://drive.google.com/file/d/1dRUJCztsSkABJNb5e-zr8RYhk8rvtNX7/view  

Zdroj: www.nuvr.cz