Высокая вязкость среды повышает подвижность раковых клеток

Клеточная подвижность — один из ключевых факторов развития метастазов. При этом относительно мало известно о влиянии вязкости на движение клеток. Большинство in vitro исследований проводятся в среде, близкой по вязкости к воде (0,7 сантипуаза, сП). При этом вязкость крови обычно варьирует между 4 и 6 сП. Ранее уже было показано, что сильный рост вязкости (более 40 сП) повышает подвижность клеток карциномы. Новое исследование демонстрирует, что значительные перестройки в клетках происходят уже при 8 сП.

Ученые использовали клетки рака молочной железы линии MDA-MB-231. Клетки культивировали в средах различной вязкости — от 0,77 до 8 сП. Вязкость менялась путем добавления в среду метилцеллюлозы, которая не влияет на осмотические характеристики среды. Оценивалась подвижность клеток как в свободном пространстве, так и в узких каналах.

Исследование показало, что повышение вязкости значительно увеличивает подвижность клеток в любых условиях. Подвижность достигала пика при 5–8 сП. Результаты сохранялись и при использовании других клеточных линий и повышении вязкости при помощи других веществ.

Повышение мобильности в узких каналах обычно связано с изменением фенотипа с амебоидного на мезенхимальный (с хорошо выраженными ламеллоподиями). Подобные изменения наблюдались и в новом исследовании. Для идентификации изменений в актиновых структурах ученые пометили актин GFP-меткой. При высокой вязкости среды актиновые структуры росли медленнее, при этом они были более разветвленными и плотными.

В ограниченном пространстве клетки способны мигрировать, либо пропуская воду через себя, либо толкая ее вперед. Второй метод связан с повышенным сопротивлением среды, особенно при высоких значениях вязкости. Поэтому ученые предположили, что клетки при высокой вязкости будут склонятся к первому способу. Подобный метод передвижения сопровождается набуханием клетки. И действительно, при 8 сП объем клеток увеличивался примерно на 40%. При помощи нокаута ученые установили, что изменение объема идет через активацию натрий-водородного антипортера (NHE1).

Авторы предположили, что натяжение клеточной мембраны при набухании может приводить к активации механо/осмочувствительных ионных каналов (MOSICs). Поочередный нокаут различных MOSICs показал, что нокаут катионного канала TRPV4 предотвращает повышение подвижности клеток. При этом активация TRPV4 с помощью специфического агониста повышает мобильность NHE1^--клеток в вязкой среде, а значит, TRPV4 находится ниже в сигнальном пути, чем NHE1.

Так как для TRPV4 уже была показана ассоциация с сигнальным путем RHOA-ROCK-миозин II, авторы изучили концентрацию трансформирующего белка RhoA, ответственного за регуляцию актиновых структур и клеточной сократимости. Исследование показало, что у клеток мезенхимального фенотипа повышено содержание RhoA в передней части клетки.

Далее ученые проверили, насколько долговременны фенотипические изменения. Исследование показало, что клетки сохраняют повышенную подвижность вплоть до шести дней после окончания инкубации в вязкой среде. Ученые сравнили транскриптомы клеток, инкубированных при разных уровнях вязкости, и обнаружили изменение в уровнях экспрессии множества генов. Наибольшие изменения происходили в сигнальном пути Hippo, ответственном за контроль размера органов через пролиферацию и апоптоз клеток.

Наконец, исследователи изучили влияние повышенной подвижности на способность клеток к миграции in vivo. Клетки, инкубированные при различных уровнях вязкости, вводили мышам в хвостовую вену. Спустя 48 часов оценивалось количество клеток, инфильтрировавших ткани легкого. Численность клеток, инкубированных при высокой вязкости, была значительно выше, если сравнивать с «наивными» клетками, инкубированными при малой вязкости. Таким образом, высокая вязкость среды повышает способности клеток к инфильтрации тканей.

По мнению ученых, данное исследование открывает новые пути для развития методов подавления метастазирования. Ученые также считают, что в дальнейшем стоит изучить влияние вязкости среды на другие клеточные процессы.