Cercetătorii descoperă cum celulele individuale „surf” pe undele chimice pentru a forma un colectiv
Unele dintre cele mai importante procese ale organismului sunt determinate de mișcarea colectivă a celulelor: celulele imunitare se adună în roiuri pentru a combate infecțiile, celulele pielii se grăbesc să închidă o rană, iar celulele tumorale înaintează împreună pe măsură ce cancerul se răspândește. Până acum, însă, modul în care celulele individuale se sincronizează ca grup a rămas neclar.
Într-un studiu publicat în Scientific Reports, cercetători din Japonia, Germania și Bangladesh au dezvoltat o tehnică de imagistică ce arată comportamentul celulelor individuale, moment cu moment, în timp ce acestea trec de la acțiunea individuală la mișcarea de grup.
Echipa a folosit amoeba unicelulară care trăiește în sol, Dictyostelium discoideum, ca model pentru mișcarea colectivă. Atunci când nu există bacterii pentru hrană, amoebele înfometate eliberează un semnal chimic, AMP ciclic (cAMP), care determină celulele să se miște împreună și să formeze un organism multicelular. Acest lucru le ajută să supraviețuiască în condiții dificile.
Urmărirea simultană a celulelor și a semnalelor
Anterior, studierea acestei agregări implica urmărirea celulelor individuale — dificilă odată ce acestea încep să se aglomereze — și măsurarea separată a direcției undei de cAMP.
„Modul în care celulele individuale citesc undele trecătoare de semnale chimice și le traduc în migrație de grup coordonată a fost greu de stabilit”, spune profesorul Tamiki Komatsuzaki de la Universitatea Hokkaido, care a condus studiul.
Echipa a folosit imagistica fluorescentă pentru a urmări simultan mișcarea celulelor și nivelurile de cAMP, cadru cu cadru. Au aplicat diferite grade de estompare acestor imagini și apoi au aplicat velocimetria prin imagini de particule — o tehnică pentru urmărirea fluxului de fluide — fiecărei versiuni estompate. Imaginile clare relevă traseele celulelor individuale, în timp ce estomparea mediează mișcările mici și sacadate ale fiecărei celule, dezvăluind modelul mai amplu și mai lin al undei de cAMP în sine. Acest lucru le-a permis cercetătorilor să compare direct dinamica undelor și mișcarea celulelor individuale pe parcursul întregului experiment.
Echipa a urmărit celulele continuu de la două la 17 ore după debutul înfometării și a observat că, pe măsură ce o undă se apropie, celulele se avântă să o întâlnească aproape frontal. Dar când creasta undei trece și începe să se retragă, celulele nu se întorc să o urmărească. În schimb, mișcarea lor rămâne blocată în aceeași direcție; apoi se odihnesc, fără direcție, în văi până când sosește următoarea undă, și ciclul se repetă.
Cum unda modelează mișcarea
„Este ca și cum ai urmări o mulțime de surferi care vâslesc din greu pentru a prinde un val, îl călăresc împreună și apoi se balansează așteptând următorul”, spune Komatsuzaki.
Descoperirile oferă ceea ce autorii numesc prima hartă sistematică a modului în care comportamentul colectiv al amoebelor emerge din acțiunea individuală. Echipa consideră că tehnica lor de imagistică ar putea ajuta la decodificarea mișcării colective a celulelor mult dincolo de amoebe — inclusiv identificarea celulelor care sunt „lideri” și „urmăritori” în cadrul unei unde în dezvoltare — și ar putea informa cercetările viitoare privind răspunsurile imunitare și biologia cancerului.
