Определение структуры и механических свойств цитоскелета раковых и нормальных клеток

Ефремов Ю.М., Докрунова А.А., Багров Д.В., Воронцова О.В., Соколова О.С.

МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, Москва, Россия

Приложение «Нанотехнологии в онкологии» к журналу «Онкохирургия» за 2012 год. Том 4, №1

Строение и регуляция актинового цитоскелета в раковых и нормальных клетках сильно отличаются, что, возможно, связано с изменениями в активности актин-связывающих белков (Jordan and Wilson, 1998). В результате, раковые клетки более деформируемы, чем нормальные, и примерно на 70% мягче (Cross et al, 2007). Предположительно, особые механические свойства раковых клеток играют важную роль в метастатических процессах и могут быть использованы как маркер метастатического потенциала (Guck et al, 2005). В процессе инвазии происходит адгезия раковой клетки к базальной мембране, локальный протеолиз внеклеточного матрикса и дальнейшая миграция клетки в ткань, для чего требуется активное изменение структуры цитоскелета (Friedl and Wolf, 2003).

Мы исследовали эффект инактивации одного из факторов нуклеации актина – формина – на модуль Юнга раковых и нормальных клеток. В качестве раковых были использованы эпителиальные клетки рака простаты DU-145 и PC3, в качестве нормальных – клетки Vero из эпителия почки африканской зеленой мартышки. Для измерения модуля Юнга использовали метод атомно-силовой микроскопии (АСМ) с кантилеверами, модифицированными микросферами. Это позволяло лучше контролировать геометрию зонда и получать значения модуля Юнга, усредненные по относительно большой контактной площадке.

Измеренный нами модуль Юнга клеток Vero составляет ~2 кПа, что хорошо соответствует данным предыдущих исследований нераковых клеток (Faria et al, 2008). У раковых клеток DU-145 и PC3 модуль Юнга значительно меньше (на 40-42%). После инкубации клеток Vero с 2 мкМ раствором ингибитора формина SMIFH2 в течение 14 часов, их модуль Юнга уменьшился на ~30%. С помощью конфокальной микроскопии (окраска родамин-фаллоидином) было выявлено, что в клетках, подвергшихся воздействию SMIFH2, число актиновых филаментов уменьшилось и они, в основном, расположены у основания клетки.

У этих клеток также наблюдалось увеличение числа мелких филоподий. Ранее было показано, что экспрессия формина в тканях рака простаты повышена по сравнению с нормальными клетками (Sokolova et al, 2011). Принимая во внимание тот факт, что уменьшение количества фибриллярного актина часто наблюдается в раковых клетках, мы предполагаем, что формин в клетках рака простаты может быть инактивирован. Инактивация нуклеаторов актина, по-видимому, ведет к изменению эластических свойств раковых клеток.

1. MA Jordan, L Wilson. Microtubules and actin filaments: dynamic targets for cancer chemotherapy Current Opinion in Cell Biology 10(1), 123-130 (1998).
SE Cross, YS Jin, J Rao, JK Gimzewski Nanomechanical analysis of cells from cancer patients Nature Nanotechnology 2, 780-783 (2007).
J Guck, S Schinkinger, B Lincoln, F Wottawah S Ebert, M Romeyke, D Lenz, HM Erickson, R Ananthakrishnan, D Mitchell, J Käs, S Ulvick, C Bilby. Optical Deformability as an Inherent Cell Marker for Testing Malignant Transformation and Metastatic Competence Biophysical Journal 88(5), 3689-3698 (2005).
P Friedl, K Wolf. Tumour-cell invasion and migration: diversity and escape mechanisms Nature Reviews Cancer 3, 362-374 (2003).
EC Faria, N Ma, E Gazi, P Gardner, M Brown, NW Clarke, R D. Snook. Measurement of elastic properties of prostate cancer cells using AFM Analyst 133, 1498-1500 (2008).