Schéma optické pinzety. Kredit: RockyRaccoon, Wikipedia, volné dílo.

Luštit tajenku buněčné mobility se samozřejmě neobejde bez nejmodernějších přístrojů, jakým je i speciální mikroskop opatřený takzvanou optickou pinzetou. Jde o úzce fokusovaný, frekvenčně přesně podle potřeby vyladěný laserový paprsek, jenž ve zorném poli vězní pozorovaný mikroskopický nebo submikroskopický objekt – nanočástici, malou molekulu nebo i atom. Lépe něž slova o základním principu vypovídá schématický nákres vpravo. K němu už jen dvě informace: za jistých podmínek lze energií laserového paprsku držet pozorovanou mikročástici volně v prostoru, v levitační poloze. O jak významný vynález jde, dokazuje i třetina „nobelovky“, kterou byl v roce 2018 za optickou pinzetu oceněn americký vědec Bellových laboratoří, Arthur Ashkin (1922 – 2020).

Snímek buňky s filopodii a nákresy pohybů filopodia – svinování, rotace, ohyb a tah Kredit: Niels Bohr Institute, University of Copenhagen.

Položme si základní otázku: Jak se buňka v těle pohybuje, jak „prozkoumává“ své okolí? Jak například makrofág v našem těle "vycítí" a uloví nebezpečného mikroba nebo napadenou buňku? Jak buňky vědí, kam se přesunout, aby postupně uzavřely ránu. Veledůležitou roli v těchto (a nejen v těchto) mechanismech hrají „filopodia“ – měnící se membránové výčnělky na povrchu eukaryotických buněk, tenké 0,1–0,3 mikrometrů a délky od několika mikrometrů až po desítky mikrometrů. Každé filopodium obsahuje svazek 10 až 30 vláken vytvořených polymerizací molekul proteinu aktinu.

Opět lépe než slova vypoví obraz - tentokráte video. Znázorňuje mechanizmus cíleného pohybu buňky pomocí filopodií, jež přirůstají na straně směrem k buněčné stěně a degradují na opačném konci vlákna.

Video: Role aktinu v buněčném pohybu

Arthur Ashkin, nositel Nobelovy ceny. Snímek z prosince 2018. Kredit: Bengt Nyman. Wikipedia, CCBY2.0.

I když jsou základní poznatky týkajících se filopodií již nějakou dobu známé, podrobnosti, jak se jejich pomocí buňka pohybuje, představují pro vědce výzvu. Zareagoval na ni i dvanáctičlenný tým dánských vědců, povětšinou z Ústavu Nielse Bohra Kodaňské univerzity. Pracoviště má k výzkumu nutné špičkové laboratorní vybavení včetně nejmodernější optické pinzety. Výsledky studie Dáni publikovali v nejnovějším čísle odborného časopisu Nature Communications.

Ve výzkumu použili lidské i myší buňky z přesně specifikovaných buněčných linií, které se ve specializovaných biologických pracovištích pěstují pro vědecké účely i po několik desetiletí.

Zaměřili se na zmapování a pak i počítačovou simulaci rozmanitých pohybů, které buněčné filopodia vykonávají a které souvisí s remodelací jejich aktinové výztuže. Popsali ohýbaní a svinování celých výběžků i rotaci nebo kmity jejich rostoucích hrotů. Zdokumentovali také situaci (viz krátké video zde), při níž filopodium uchycené špičkou k mikrokuličce uvězněné v laserové pasti se začne ohýbat, svinovat, čímž se zkrátí a tím na kuličku vyvine tažnou sílu v řádu desítek pikonewtonů.

Vedoucí Laboratoře experimentální biofyziky Ústavu Nielse Bohra a jeden z autorů studie, Poul Martin Bendix Kredit: Ola J. Joensen, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen.

Vedoucí Laboratoře experimentální biofyziky Ústavu Nielse Bohra a jeden z autorů studie, Poul Martin Bendix, schopnost filopodia přirovnává ke gumičce. Když ji zkroutíme, smrští se. Podobně kombinace kroucení a smršťování filopodií jim dodává pružnost a pomáhá buňce ve směrovém pohybu. O významu studie dodává: "Naše výsledky jsou samozřejmě zajímavé pro ty, jenž zkoumají rakovinné procesy. Maligní buňky jsou nechvalně známé tím, že jsou velmi invazivní. Při zkoumání svého okolí a k cestování tělem spoléhají na účinnost svých filopodií. Odhalení způsobu, jak funkci filopodií rakovinných buněk omezit, možná povede k omezení vzniku metastáz."

Mechanismus, který dánští vědci objevili, využívají různé typy buněk. Kromě těch zmíněných nádorových je důležité studovat funkce filopodií také u embryonálních kmenových, mozkových a jiných buněk, protože na nich je závislý jejich vývoj a tvorba příslušných tkání.

Odkazy na kratičká dokumentační videa v rámci doplňkových informací: 1, 2, 3 a další zde pod originálním článkem.

Literatura

University of Copenhagen News, Nature Communications (článek je volně přístupný)