Коллаген I и ламинин позволили клеткам расти даже на мягком матриксе

Исследователи из Финляндии и Великобритании изучили, как распространение клеток зависит от жесткости внеклеточного матрикса (ECM), на котором они растут. Ранее было показано, что на жестких матриксах клетки делятся интенсивнее благодаря механохимическим сигналам. Новое исследование демонстрирует, что это условие не всегда обязательно: в присутствии некоторых веществ в составе мягких ECM клетки могут распространяться так же активно, как на твердых матриксах.

Для формирования матрикса ученые напечатали на 3D-принтере гидрогелевые основы из полиакриламида жесткостью 50 кПа (жесткие) и 0,5 кПа (мягкие). Затем на них наносили одно из соединений, входящих в состав внеклеточного матрикса: коллаген I, ламинин, коллаген VI, тенасцин C, фибронектин, гиалуроновую кислоту, витронектин или поли-D-лизин, — либо различные комбинации этих веществ.

На полученные матриксы разного состава исследователи высевали клетки линий TIF (иммортализованные фибробласты), MDA-MB-231 (MM231, рак молочной железы) и U2OS (клетки остеосаркомы). Чтобы оценивать передачу сигналов в ответ на различные лиганды ECM, авторы работы также получили линии, которые экспрессировали репортер киназной транслокации KTR (один из ключевых компонентов сигнальных каскадов адгезии). При фосфорилировании он транспортировался из ядра в цитоплазму и сигнализировал об активности киназы в клетках.

Ученые проанализировали 10 различных параметров клеток, растущих на жестких и мягких матриксах. Эти параметры включали плотность популяции, соотношение ядерного и цитоплазматического KTR, площадь и округлость ядер и клеток, а также количество, площадь и форму интегриновых комплексов адгезии, связывающих клетки с внеклеточным матриксом.

Анализ показал, что клетки MM231 плохо распределялись в условиях мягких подложек независимо от состава ECM и имели округлую форму. Клетки TIF ​​и U2OS, наоборот, в ряде случаев вели себя на мягких подложках так же, как и на жестких матриксах. Поэтому для дальнейших исследований были выбраны клетки TIF и U2OS и те варианты состава мягких матриксов, на которых клетки делились так же активно, как на твердых матриксах.

В целом большинство вариантов ECM, содержащих как отдельные компоненты внеклеточного матрикса, так и их комбинации, способствовали более активному распространению клеток на жестких матриксах. Для клеток TIF оптимальными оказались сочетания коллаген I/ламинин и ламинин/тенасцин C — они поддерживали распространение клеток как на твердых, так и на мягких подложках. Размножению и адгезии клеток U2OS способствовал матрикс, содержащий коллаген I и ламин — аналогичным образом, эта комбинация была эффективна на твердых и мягких матриксах.

Далее авторы продемонстрировали важную роль интегринов в распространении клеток. Для этого они обрабатывали клетки TIF, помещенные на мягкие матриксы с коллагеном I и ламинином, антителами, блокирующими функцию интегрина β1. В результате нарушалась адгезия клеток к ламинину и коллагену, и это серьезно препятствовало распространению клеток. Такой эффект наблюдался и на жестких матриксах.

Из полученных данных следует, что более активное распространение клеток TIF и U2OS на мягких матриксах в присутствии смеси коллагена I и ламинина обусловлено двумя факторами. Во-первых, комплексы адгезии интегрина в клетках на этих матриксах содержали больше белков зиксина и винкулина, отвечающих за адгезию клеток к ECM. Во-вторых, клетки TIF и U2OS экспрессируют основные коллаген I-связывающие интегрины α2β1 и α11β1, а также первичные ламинин-связывающие интегрины α3β1, α6β1 и α6β4. Таким образом, в среде с коллагеном и ламинином эти клетки способны использовать больший репертуар рецепторов адгезии.

Таким образом, данное исследование демонстрирует, за счет каких механизмов могут распространяться клетки в мягких тканях, и предоставляет возможность будущих исследований разнообразия составов и организации внеклеточного матрикса. «Полученный результат подвергает сомнению существующую парадигму, открывая новые возможности для исследований в области биологии рака и тканевой инженерии», — отмечает профессор Йоханна Иваска, главный исследователь проекта.

Цитата по пресс-релизу

Фибробласты успешнее превращаются в клетки сердечной мышцы, если растут на мягкой подложке