Kraftoverførsel mellem celler styrer kollektiv cellebevægelse

Adjunkt Amin Doostmohammadi ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, har undersøgt mekanikken i cellebevægelser og –forbindelser i et tværfagligt projekt, i samarbejde med biofysikere i Frankrig, Australien og Singapore, og benyttet både computermodellering og biologiske eksperimenter. Resultatet er nu publiceret i Nature Materials.

Amin Doostmohammadi forklarer: ”Vi prøver at forstå hvordan celler oversætter denne ”sansende viden” på det individuelle celleniveau og overfører det til handling på det kollektive plan. Dette er stadig ikke forstået i biologi – hvordan ”taler celler til deres naboer” og agerer som et kollektiv?

Styrken i det omgivende væv dikterer cellernes opførsel

Individuelle celler har et ”sammentrækkende” (kontraktilt) bevægelsesmønster: De udøver et træk på den overflade, de befinder sig på, for bevæge sig fremad. Celler, som omkranser hulrum og skaber overflader i vores krop, såsom blodårer eller cellerne i overfladen af organer, udøver den modsatte bevægelse, en ”strækkende” (ekstensil) bevægelse – og danner stærke bånd til deres naboer. Kontraktile celler kan skifte tilstand til at ekstensile celler, når de kommer i kontakt med naboerne. Hvis kontraktile celler fx mærker et hulrum eller en spalte, som når et sår opstår, kan de løsne deres celle – celle forbindelse, blive mere individuelle og, når de heler såret, danne stærke forbindelser til deres naboer igen, som ekstensile celler. De samarbejder om at lukke hullet, så at sige.

Svækkelse af celleforbindelser kan være et tegn på et indledende cancer stadie

Cellerne forbinder sig til deres naboer med en klæbende forbindelse. De forbinder deres interne cyto-skelet til hinanden og gør sig i stand til at overføre kræfter igennem den stærke kontakt. ”Vi stillede os selv spørgsmålet, hvad der ville ske, hvis vi forhindrede cellerne i at skabe disse stærke forbindelser – og det viste sig, at de ekstensile celler med stærke forbindelser omdannede sig til kontraktile celler med svagere forbindelser. Det er betydningsfuldt, fordi tabet af kontakt mellem celler er et kendemærke ved indledende stadier af kræft. Cellerne, som mister kontakt, begynder at opføre sig mere som individer og bliver i stand til at infiltrere deres omgivelser. Denne proces finder også sted, når et foster udvikler sig, men den afgørende forskel er, at når de sunde celler har opnået deres mål, som fx at danne et organ, finder de tilbage til deres oprindelige form. Det gør cancer celler ikke. De går kun i én retning”, siger Amin Doostmohammadi.

De grundlæggende cellehandlinger og –reaktioner afgøres af omgivelser og kommunikation

Hvordan celler ”beslutter sig for” at gå fra én tilstand til en anden, er et resultat af en kompliceret blanding af reaktioner i forhold til omgivelserne, ændringer i kemien, den mekaniske stivhed eller eftergivenhed af vævet – og mange proteiner i cellerne er involveret i processen. Den afgørende opdagelse i dette studie er, at denne reaktion i forhold til omgivelserne skifter hele tiden: Der finder en evig udveksling sted mellem cellerne og deres omgivelser og cellerne i mellem hinanden. Det er disse udvekslinger, der afgør handlinger og reaktioner i cellerne.

Er behandling af cancer indenfor rækkevidde med denne nye forståelse af cellemekanik?

”Vi skal altid være meget forsigtige, når vi taler om en alvorlig og meget kompleks sygdom som cancer”, siger Amin Doostmohammadi. ”Dét vi kan sige er, at dette studie bringer os et skridt nærmere forståelsen af den grundlæggende mekanik i cellernes opførsel, når celler går fra normal opførsel til den aggressive opførsel cancerceller udviser. Dermed er et af de store spørgsmål studiet rejser, om vi måske kan anvende cellemekanik i en eller anden form for terapi eller behandling, i stedet for at forsøge at ramme DNA eller den kemiske sammensætning i cellerne selv? Kan vi se på cellernes omgivelser, frem for cellerne selv? Dette er grundforskning, vi forbinder fysik og biologi indenfor den mekanik, der udspiller sig i cellernes opførsel, baseret på deres sansning, respons i forhold til deres miljø og deres koordinering af indsats – og vores forbedrede forståelse af disse ting kan muligvis føre til nye behandlingsformer, og der er faktisk forsøg på et forberedende stadie i gang i øjeblikket”.

Link til den videnskabelige artikel: https://www.nature.com/articles/s41563-021-00919-2