Cytoszkielet: Przebudowa w celu przeciwdziałania śmierci komórki

Zdjęcie: elifesciences.org

Aby komórki mogły przetrwać, muszą utrzymywać kontakt z sąsiadującymi komórkami lub siecią białek i cząsteczek otaczających je, znaną jako macierz zewnątrzkomórkowa. Cytoszkielet – obejmujący dynamiczną sieć filamentów aktynowych i powiązanych białek – odgrywa kluczową rolę w wykrywaniu, kiedy komórki odłączają się od macierzy zewnątrzkomórkowej. Jeśli komórka się odłączy, uruchamiany jest rodzaj zaprogramowanej śmierci komórki zwany anoikozą, co zapobiega ponownemu przyłączeniu komórek w innych lokalizacjach (Frisch i Francis, 1994).

Odporność na anoikozę jest kluczowym krokiem w procesie przerzutowania nowotworów, ponieważ pozwala komórkom na rozprzestrzenianie się i inwazję do innych tkanek (Adeshakin i in., 2021; Kim i in., 2012). Mechanizmy leżące u podstaw odporności na anoikozę są jednak słabo poznane. Teraz, w czasopiśmie eLife, Wonyul Jang i Dae-Sik Lim wraz ze współpracownikami – w tym Jeongsik Kim i Dahyun Kim jako współautorzy pierwszoplanowi – opisali nieznany wcześniej mechanizm przeżycia komórkowego, który indukuje odporność na anoikozę (Kim i in., 2024).

Zespół badawczy (z Koreańskiego Instytutu Zaawansowanej Nauki i Technologii oraz Uniwersytetu Narodowego w Seulu) zastosował zaawansowane techniki do badania komórek nabłonkowych hodowanych w zawiesinie, a więc nieprzyłączonych do żadnej macierzy zewnątrzkomórkowej. W tym celu komórki poddano działaniu roztworu trypsyny-EDTA, który odłącza je od powierzchni. Naukowcy odkryli, że traktowanie tych komórek toksyną latrunkuliną B, która hamuje tworzenie filamentów aktynowych, powodowało, że części błony komórkowej zakrzywiały się do wewnątrz, tworząc struktury zwane wakuolami. Gdy te wakuole gromadziły się w cytoplazmie, łączyły się, tworząc gigantyczną jednokomorową wakuolę (zwaną GUVac) o szerokości od 0,5 do 1 µm (Rysunek 1). Odkrycie sugeruje, że rozkład filamentów aktynowych, znany również jako depolimeryzacja, jest konieczny do tworzenia GUVac. Proces ten różni się od konwencjonalnej makropinocytozy, podczas której aktyna ulega polimeryzacji, a błona plazmatyczna tworzy wypustki na zewnątrz (Swanson, 2008).

Jak powstają gigantyczne jednokomorowe wakuole zapobiegające śmierci komórkowej.(Góra) Gdy komórki są przyłączone do macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), ich aktyna korowa (związana z błoną plazmatyczną) współdziała z białkami w otaczającej ECM, stabilizując błonę plazmatyczną (PM). Kiedy komórki odłączają się od ECM, aktyna korowa depolaryzuje i ulega degradacji, powodując powstawanie mikroskalowych zakrzywień do wewnątrz w błonie plazmatycznej. (Dół) Te wpuklenia sprzyjają rekrutacji białek septynowych (kolorowe kółka) do zakrzywionych regionów błony plazmatycznej. W tym samym czasie białko zwane dynaminą (szary pierścień) odcina wpuklenia od błony, tworząc struktury zwane wakuolami (małe jasnoniebieskie kółka), które następnie gromadzą się wewnątrz komórki. Proces tworzenia wakuol wspomaga również cząsteczka PI(3)P (ciemnoniebieska), syntetyzowana przez enzymy zwane PI3K (brązowe kwadraty z pomarańczowym konturem). Te procesy ostatecznie prowadzą do łączenia się wakuol i powstawania gigantycznej jednokomorowej wakuoli, zwanej GUVac (duża jasnoniebieska owalna struktura), która sprzyja odporności na anoikozę.

Następnie Kim i inni postanowili sprawdzić, czy grupa białek zwanych septynami – najlepiej znanych z roli w podziale komórkowym i autonomicznej odporności komórkowej (Curtis i Gladfelter, 2024; Mostowy i Cossart, 2012) – może uczestniczyć w tworzeniu GUVac. Septyny są nietypowym składnikiem cytoszkieletu, który przyłącza się do mikroskopowych zakrzywień w obrębie błony plazmatycznej i tworzy filamenty wiążące się ze strukturami opartymi na aktynie. Kim i in. zastosowali małe interferujące RNA do zubożenia dwóch członków rodziny septyn – SEPT2 i SEPT9 – w komórkach w zawiesinie traktowanych latrunkuliną B. Zmniejszyło to tworzenie GUVac, co sugeruje, że septyny odgrywają rolę w ich generowaniu. Jest to interesujące w świetle ostatnich badań, które wykazały, że filamenty septyn pomagają linii ludzkich komórek nowotworowych zakotwiczyć filamenty aktynowe w błonie plazmatycznej (Martins i in., 2023).

Septyny wiążą się również z rodziną lipidów zwanych fosfoinozytydami, które występują w błonach eukariotycznych i pełnią role w wielu procesach komórkowych. Kim i in. odkryli, że fosfoinozytyd zwany PI3P – wytwarzany przez enzymy VPS34 i PI3K-C2α podczas fuzji wakuol – jest kluczowy dla tworzenia GUVac. Rolę septyn w tworzeniu GUVac potwierdzono także w eksperymentach z użyciem leku o nazwie forchlorfenuron. Hamowanie montażu i funkcji septyn za pomocą tego leku zmniejszyło rekrutację septyn do błony plazmatycznej, co tłumiło tworzenie GUVac. Interesujące byłoby zbadanie wpływu innych, nowszych związków, które hamują lub stabilizują montaż septyn, na generowanie GUVac. Mogłoby to dostarczyć nowych informacji na temat roli septyn w tym procesie (Kim i in., 2020; Princen i in., 2024).

Co istotne, w zawieszonych komórkach traktowanych latrunkuliną B Kim i in. wykazali, że komórki nabłonkowe z defektami w tworzeniu GUVac – z powodu braku genów dla PI3K-C2α i VPS34 – były wysoce podatne na śmierć komórkową. Podkreśla to kluczową rolę tworzenia GUVac w odporności na anoikozę, gdy komórki są odłączone od macierzy zewnątrzkomórkowej i sąsiadujących komórek.

Odkrycia Kim i innych, znacząco poszerzają nasze rozumienie odporności na anoikozę, wskazując tworzenie GUVac jako nową strategię przeżycia komórkowego. Niemniej jednak pozostaje wiele pytań. Na przykład, czy tworzenie GUVac jest zachowanym programem funkcjonalnym w komórkach ssaków, czy też jest specyficzne dla określonych typów komórek? Kim i inni skupili się na liniach komórek nabłonkowych gruczołu mlekowego traktowanych inhibitorem aktyny latrunkuliną B, co pozostawia niepewność co do szerszego znaczenia tworzenia GUVac. Ponadto nadal nie jest jasne, jak dokładnie GUVac chronią komórki przed anoikozą.

Praca Kim i innych podkreśla także potencjał ukierunkowania się na składniki cytoszkieletu jako sposób leczenia nowotworów. Ważne jest zatem zbadanie, czy GUVac są obserwowane u pacjentów z nowotworami i czy ich tworzenie jest odwracalne. Potrzebne są dalsze badania w celu wyjaśnienia molekularnych mechanizmów regulujących biologię GUVac oraz opracowania cząsteczek, które mogą konkretnie odwracać ich tworzenie. Pomimo tych niewiadomych, ekscytujące jest rozważenie, że fundamentalne zrozumienie przebudowy cytoszkieletu leżącej u podstaw odporności na anoikozę w nowotworach może pewnego dnia przełożyć się na terapie poprawiające zdrowie człowieka.