Некоторые группы клеток в организме мушек-дрозофил способны передвигаться как единое целое. Чтобы более тщательно изучить этот процесс, исследователи провели генетическую модификацию клеток и заставили их повиноваться своим указаниям: двигаться за лазерным лучом. Впервые – внутри живого существа.

Всё началось с контроля движения
одной клетки. Красным кружком
(на рисунке слева) показано положение
лазерного луча, его свет активирует
клеточные процессы (справа), заставляя клетку
двигаться в направлении воздействия
(иллюстрация Yi Wu et al.).

Уникальный эксперимент провели группы Денизы Монтелл (Denise Montell) из университета Джона Хопкинса и Клауса Хана (Klaus Hahn) из университета Северной Каролины в Чейпл-Хилл.

Биологи использовали кластер из шести пограничных клеток (border cells), «обитающих» в яичниках дрозофил. Эти клетки определяют способность мушки к размножению: упрощённо говоря, если они не двигаются – дрозофила не может иметь потомство. (На примере пограничных клеток учёные уже не первый год исследуют механизмы, контролирующие коллективное движение клеток в самых разных процессах.)

Увеличенное изображение кластера
пограничных клеток. Белок Rac1
подсвечен красным цветом, ядро
клетки – синим (фото Nature Cell Biology).

Хан, Монтелл и их коллеги генетически изменили клетки таким образом, что они перестали откликаться на свои стандартные химические сигналы.

Затем исследователи «присоединили» к клеточному белку Rac светочувствительный белок из клеток растений (назовём его условно PA). В темноте эта связка остаётся инертной, но под воздействием света PA меняет форму, активирует Rac и клетки начинают движение.

В качестве источника света учёные использовали лазер. При этом его удалось сфокусировать так, что он затрагивал не всю клетку целиком, а лишь отдельную её часть. При отключении света всё возвращалось на круги своя: связка PA-Rac разворачивалась, «выключая» дальнейшее движение.

Пограничные клетки (показаны чёрной стрелкой) по мере развития женской половой клетки продвигаются к ооциту (белое «ядро»), освобождая путь для сперматозоидов. На снимке справа: мутантный фолликул, в котором продвижение пограничных клеток невозможно (фото Laboratory of Denise Montell).

В ходе экспериментов выяснилось: активация Rac даже в одной из частей клетки кластера приводит к тому, что вся маленькая колония начинает следовать за лазером, будто ослик за подвешенной морковкой. И всё это происходит внутри живого организма!

Клетки не просто шатались туда-сюда, они слушались луча света.

«Когда мы подсвечивали клетку-лидера, то это выглядело так, будто другие клетки говорили: "Ага! У тебя активность Rac выше, так что мы пойдём за тобой», — рассказывает Дениза в пресс-релизе университета Хопкинса. – Меня поражает, что пограничные клетки каким-то образом определяют уровень активности белка и принимают коллективное решение, куда им дальше двигаться".

«Наша маленькая система – отличный
пример социального поведения
клеток в их естественной среде
в окружении других клеток.
Вы не увидите ничего подобного,
если будете работать с
отдельными клетками в чашке для
культивирования», – рассказывает
профессор Монтелл (слева).
На снимке справа – Клаус Хан
(фото с сайта ts-si.org).

Учёные отмечают, что подобные результаты при работе in vivo были получены впервые. В лабораторных условиях биологи уже экспериментировали: ранее подобное удавалось провернуть с культурой клеток млекопитающих в чашке Петри. Но в живом организме – лишь с одной клеткой.

Получается, что управлять нужными колониями клеток (когда и куда они движутся) можно, всего лишь активировав определённые их белки совершенно безвредным (в отличие от того же ультрафиолета) лучом. Конечно, пока медики не могут заставить двигаться любые группы клеток организма, но, возможно, это тот небольшой шаг, с которого начинается длинная дорога.

В своей статье в журнале Nature Cell Biology авторы исследования пишут, что нынешнее достижение поможет в изучении развития эмбрионов, регенерации нервной ткани, залечивания ран, а также процессов метастаза раковых клеток.

Пожалуй, наиболее важное значение для медицины имеет последний пункт.

«Многие люди считают, что метастаз начинается с проникновения вовне всего лишь одной раковой клетки. Однако на той или иной стадии к распространению опухоли может приводить именно групповое движение клеток», — комментирует Монтелл.

В общем, пока одни учёные ищут возможность донести лекарство до раковой опухоли, Хан и Монтелл мечтают научиться «приводить» к месту иммунные клетки больного или как минимум остановить распространение опухоли по организму.

В марте 2010 года Анна Хуттенлохер (Anna Huttenlocher) и её коллеги
из университета Висконсина в Мэдисоне продемонстрировали движение отдельных
иммунных клеток в живом эмбрионе другого модельного организма – рыбки данио-рерио.
На фото: надпись Rac, сделанная следующими за лучом клетками (кадр из видео
UW-Madison).

Правда, сами исследователи ничего не говорят о своих планах на будущее. Оно и понятно – для начала нужно провести схожий эксперимент с клетками в организме человека.