Cellen kunnen de draai doen, maar soms barsten hun kernen

Cellen voeren een aantal bewegingen uit die je zeker niet moet proberen in de yogales. Terwijl immuuncellen binnendringende binnendringende microben jagen, verwringen ze zichzelf bijvoorbeeld om in de nauwe openingen tussen andere cellen te passen. Maar ze betalen een prijs: twee nieuwe studies onthullen dat deze flexibiliteit het membraan dat de kern van een cel omsluit, kan doen barsten en het DNA kan beschadigen. De resultaten kunnen onderzoekers uiteindelijk in staat stellen medicijnen te ontwerpen om te voorkomen dat kankercellen naar nieuwe locaties migreren.

"Het is een zeer verrassende ontdekking", zegt biofysicus Ben Fabry van de Universiteit van Erlangen-Neurenberg in Duitsland, die niet bij het werk betrokken was. Fabry zegt dat hij heeft waargenomen dat cellen door krappe ruimtes samendrukken "al jaren, maar ik had het nog nooit gemerkt."

Kijken hoe cellen draaien en draaien terwijl ze proberen door kleine openingen te passen - soms minder dan een kwart van de breedte van hun lichaam - 'je voelt bijna pijn voor hen', zegt celbioloog Matthieu Piel van het Curie-instituut in Parijs. Maar omdat een cel plooibaar is, hadden onderzoekers gedacht dat deze worstelingen geen kwaad zouden doen. De kern is echter stijver dan de rest van de cel en is mogelijk niet in staat de stress te verdragen. "We begonnen ons af te vragen of cellen de kern beschadigden" toen ze door krappe plekken kropen, zegt Piel. Toevallig, aan de overkant van de Atlantische Oceaan, begonnen biomedisch ingenieur Jan Lammerding van Cornell University en zijn collega's zich hetzelfde af te vragen.

Om erachter te komen, observeerden beide groepen cellen die verschillende soorten nauwe openingen doorkruisten. Lammerding's team plaatste kankercellen en gezonde cellen op een miniatuur hindernisbaan (zie video, hierboven). De cellen waren genetisch gemodificeerd zodat ze groene of rode fluorescerende eiwitten in hun kernen droegen. Toen een cel door een krappe plek gleed, loog de kleur in zijn cytoplasma, wat suggereert dat het membraan dat de kern afdicht, was gebroken. Piel en collega's zagen ook lekkage van moleculen uit de kern, omdat immuuncellen en kankercellen op dezelfde manier de druk voelden. Beide teams rapporteren hun bevindingen vandaag online in Science .

Onderzoekers dachten dat gezonde cellen het kernmembraan pas openden net voordat ze zich zouden delen. Op andere momenten kan het mengen van de inhoud van de kern en het cytoplasma verwoestend zijn. Het cytoplasma bevat enzymen die zich verdedigen tegen virussen door hun DNA te vernietigen. Als het nucleaire membraan scheurt, kunnen deze enzymen toegang krijgen tot het DNA van de cel. Een traan in het nucleaire membraan "is het ergste dat een cel kan overkomen en de cel kan laten overleven", zegt Piel.

Maar een gescheurd nucleair membraan was niet het enige probleem waar de uitgeperste cellen mee te maken hadden. Beide groepen bepaalden dat wormen door nauwe openingen het DNA van de cellen beschadigde. De cellen bouwden dubbele strengbreuken op, een soort DNA-verwonding die hen zou kunnen aansporen om te sterven of kanker te worden. Of deze breuken het gevolg waren van cellen antivirale enzymen die hun eigen chromosomen aanvielen of van een andere oorzaak zoals de compressie die de cellen doorstaan is niet duidelijk, zegt Lammerding.

Cellen kunnen het trauma doorstaan ​​omdat ze snel genezen, vonden de twee groepen. Ze herstellen hun gebroken DNA en een molecuul dat bekend staat als het ESCRT III-complex dicht gaten in het nucleaire membraan af. Reparaties aan de kern waren minder dan 2 minuten na een breuk aan de gang en ze waren binnen 10 tot 30 minuten voltooid, bepaalden Lammerding en collega's.

Deze nucleaire en DNA-schade die beide groepen hebben waargenomen in de laboratoriumexperimenten, zou wijdverbreid in ons lichaam kunnen voorkomen omdat veel van onze cellen onderweg zijn, zegt celbioloog Michael Sixt van het Instituut voor Wetenschap en Technologie Oostenrijk in Klosterneuburg, die geen t verbonden met de studie. Wanneer ze bewegen, krijgen ze constant deze massage die het nucleaire membraan kan scheuren. Het werk roept vragen op over hoe cellen omgaan met de kern terwijl ze bewegen, zegt hij. Ze kunnen het gewoon rond duwen ze moeten het op de een of andere manier beschermen.

Het vermogen om breuken in het kernmembraan te herstellen, kan immuuncellen helpen overleven, maar het kan ook ten goede komen aan kankercellen. Tumorcellen die uitzaaien of naar een nieuw deel van het lichaam gaan en beginnen te groeien, zijn wat de meeste kankerpatiënten doodt. Lammerding s en Piel s groepen toonden echter aan dat het blokkeren van DNA en nucleair membraanherstel fataal was voor cellen die waren samengedrukt, wat suggereert dat geneesmiddelen die beide processen remmen, kunnen voorkomen dat kankercellen uitzaaien manieren moeten vinden om de schade aan gezonde cellen te beteugelen. Kankercellen, zegt Lammerding, zouden zichzelf doden door zich door het weefsel te bewegen

(Videocredit: Wetenschap )