Рак остаётся одной из ведущих причин смертности во всём мире и характеризуется неконтролируемым ростом аномальных клеток. Особую опасность представляет способность раковых клеток быстро перемещаться по организму, что позволяет им внедряться в окружающие ткани. Хотя это поведение хорошо известно, механизм столь стремительного распространения до сих пор оставался неясным.

Исследователи из Университета Кюсю попытались восполнить этот пробел и выявили новый физический процесс, который помогает раковым клеткам быстро перемещаться по телу.

Исследование возглавил профессор Дзюнъити Икэноути с факультета медицинских наук Университета Кюсю совместно с коллегами из этого же университета и в сотрудничестве с Йокогамским городским университетом.

Результаты работы опубликованы в журнале The EMBO Journal. Учёные показали, что давление воды, возникающее внутри клетки, способствует миграции раковых клеток.

Здоровые клетки обычно передвигаются, прикрепляясь к поверхности и подтягивая себя вперёд. Существующие методы терапии могут воздействовать на такую адгезивную миграцию. Однако раковые клетки обходят этот подход, используя иную стратегию — амёбоидную миграцию. При этом клетки образуют временные выпячивания мембраны, называемые «блебами», которые позволяют им протискиваться через узкие пространства без прикрепления к окружающим структурам.

Долгое время считалось, что рост блебов обусловлен внутренним давлением. Однако исследования Икэноути в 2021 году поставили это под сомнение. Учёные обнаружили, что расширяющиеся блебы обладают особыми цитоплазматическими свойствами, включая повышенную концентрацию ионов кальция, что указывало на их активную роль, а не пассивное происхождение.

Продолжая изучение, исследователи выявили повышенный уровень кальций/кальмодулин-зависимой протеинкиназы II (CaMKII) в клетках и предположили, что этот белок может играть прямую физическую роль в формировании формы клетки и её движении.

Оказалось, что при начале роста блеба концентрация кальция внутри клетки увеличивается. В ответ CaMKII изменяет свою структуру и объединяется с другими молекулами, формируя крупный белковый суперкомплекс. Этот комплекс действует как осмотический двигатель: создаёт градиент концентрации, который притягивает воду внутрь блеба через осмос. Поток воды выталкивает мембрану наружу, обеспечивая быстрое расширение выпячивания. Учёные назвали этот процесс CODE — «CaMKII-based osmotically-driven deformation» («деформация, управляемая CaMKII и обусловленная осмосом»).

По словам Икэноути, клетки способны генерировать механическую силу просто за счёт перераспределения белков внутри себя: скопление CaMKII создаёт давление, физически выталкивающее мембрану.

Открытие имеет большое значение для молекулярной биологии, поскольку большинство агрессивных раковых клеток используют амёбоидный тип движения. Современные методы терапии в основном нацелены на подавление деления клеток или их адгезивной миграции. Выявление механизма CODE открывает возможности для разработки новых стратегий лечения, направленных непосредственно на амёбоидную подвижность.

Помимо онкологии, понимание того, как клетки создают силу за счёт изменения своих физических свойств, может иметь значение для регенеративной медицины, биологии развития и тканевой инженерии. Эти результаты могут стимулировать создание новых терапевтических подходов, ориентированных на клеточную механику, а не только на классические сигнальные пути.