به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، تحقیقات جدید نشان داده‌اند که فرآیند شکل‌گیری و رشد برآمدگی‌های غشایی موسوم به bleb در سلول‌ها پیچیده‌تر از آن چیزی است که پیش از این تصور می‌شد و تحت کنترل صرف فشار هیدرواستاتیک سیتوپلاسم نیست. پروتئین کیناز وابسته به کلسیم/کالمودولین، یا CaMKII، در این فرآیند نقش کلیدی دارد. این مولکول وقتی در معرض یون‌های کلسیم قرار می‌گیرد، یک ساختار پروتئینی عظیم و منظم ایجاد می‌کند که به‌طور مستقیم رشد bleb را تسهیل می‌کند. این ساختار باعث ورود آب به فضای درون شده و فشار لازم برای بیرون‌زدگی غشا را فراهم می‌کند، و بدین ترتیب،  CaMKIIاز یک پیام‌رسان سیگنال‌دهنده صرف به یک عامل مولکولی محرک تبدیل می‌شود که عملکرد مکانیکی مشخصی در سلول دارد. در جزئیات این فرآیند،CaMKII با دیگر مولکول‌های تنظیم‌کننده تعامل می‌کند و یک ابرساختار پروتئینی یا سوپرکامپلکس را شکل می‌دهد. این سوپرکامپلکس با ویژگی‌های اسمزی خود، ورود آب به قسمت در حال رشد سلول را هدایت می‌کند و فشار لازم برای رشدbleb را فراهم می‌سازد. این فرآیند نشان می‌دهد که تغییرات مولکولی و تجمع پروتئین‌ها می‌توانند نیروهای مکانیکی قابل‌توجهی در سلول ایجاد کنند، و این نقش مکانیکی مستقل از فشار هیدرواستاتیک است.

مفهوم و خاستگاه برآمدگی‌های غشایی

در زیست‌شناسی سلولی، bleb برآمدگی‌های کروی شکل غشای سلولی هستند که به‌طور موقت از شبکه‌ی کورتیکال آکتین جدا می‌شوند. نخستین‌بار در زمینه مرگ سلولی برنامه‌ریزی‌شده شناخته شدند، اما بعداً مشخص شد که در حرکت سلولی، تقسیم سلولی و جابه‌جایی‌های درون‌تنی نقش مهمی دارند. پیش از این تصور می‌شد که نیروی لازم برای رشد blebعمدتاً ناشی از فشار داخلی و انقباض عناصر اسکلتی مانند آکتومایوزین است، اما یافته‌های جدید نشان می‌دهند که مکانیسم‌های مولکولی هدفمند و پیچیده‌تری نیز در مراحل اولیه شکل‌گیری این برآمدگی‌ها دخیل هستند.

نحوه عملکرد سوپرکمپلکس‌های پروتئینی در محرک اسمزی

وقتیCaMKII در مناطق غنی از یون کلسیم سیتوپلاسم تجمع می‌یابد، همراه با زیرواحدهای وابسته و دیگر پروتئین‌های همکار، سوپرکامپلکس‌هایی با ویژگی‌های اسمزی تشکیل می‌دهد. این سوپرکامپلکس‌ها مانند موتورهای مولکولی عمل می‌کنند و با ایجاد اختلاف غلظت مولکول‌ها، ورود آب به منطقه رشد bleb را تسهیل می‌کنند. نتیجه این ورود آب، افزایش فشار در محل تشکیل برآمدگی و بیرون‌زدگی غشا است. این مکانیسم نشان می‌دهد که نیروی لازم برای رشدbleb دیگر صرفاً ناشی از فشار هیدرواستاتیک نیست و تغییرات مولکولی در ساختار پروتئینی سلسله‌مراتبی، نیروی مکانیکی لازم را ایجاد می‌کنند. این دیدگاه جدید، نقش مولکول‌های عامل را از عناصر منفرد به اجزای یک ماشین مولکولی پیوسته تغییر داده و نشان می‌دهد که سلول‌ها قادرند از تجمع پروتئین‌ها برای تولید نیرو استفاده کنند.

پیوند بین عملکرد کلاسیک و نوین CaMKII

پیش از این،CaMKII بیشتر به‌عنوان یک پروتئین کیناز که در سیگنال‌دهی سلولی و حافظه سلولی نقش دارد شناخته می‌شد، اما تحقیقات جدید نشان داده‌اند که این پروتئین می‌تواند نقش ساختاری و مکانیکی نیز ایفا کند. این یافته‌ها سوالات جدیدی درباره عملکردهای احتمالی مشابه این مکانیسم‌ها در سلول‌های مختلف و در شرایط فیزیولوژیک متفاوت ایجاد کرده است و نشان می‌دهد که CaMKII توانایی ایفای نقش‌های متعدد در سلول‌ها را دارد.

اهمیت بیولوژیکی فرآیندهای bleb  و پیامدهای آن

برآمدگی‌های غشایی در انواع سلول‌ها مشاهده می‌شوند و نقش مهمی در حرکت سلولی دارند، به‌ویژه در محیط‌های سه‌بعدی که اتصال به سطح محدود است. سلول‌ها با استفاده از چرخه‌های تشکیل و انقباض  blebمی‌توانند در فضاهای باریک حرکت کنند و این ویژگی در سلول‌های مهاجم، سلول‌های جنینی و حتی در برخی مسیرهای متابولیک سلولی اهمیت دارد. در سلول‌های سرطانی، مهاجرت مبتنی بر  blebبه سلول‌ها این امکان را می‌دهد که بدون اتصال به ماتریکس خارج‌سلولی از مسیرهای باریک عبور کنند، که این ویژگی ممکن است نقش کلیدی در تهاجم و متاستاز داشته باشد. مطالعات نشان داده‌اند که کنترل دقیق رشد و انقباض bleb می‌تواند به توسعه روش‌های درمانی هدفمند در مهار مهاجرت سلول‌های بدخیم کمک کند.

نگاه تحلیلی به مکانیسم‌های مولکولی جدید

سوپرکامپلکس‌های پروتئینی مثال‌هایی از چگونگی ایجاد نیرو در سلول توسط سازوکارهای مولکولی پیچیده هستند. تجمع انتخابی پروتئین‌ها و ایجاد ساختارهای سازمان‌یافته در مقیاس کوچک می‌تواند اثرات مکانیکی قابل‌اندازه‌گیری در سطح سلول داشته باشد. این نوع مکانیسم‌ها نشان می‌دهند که سلول‌ها از مجموعه‌های مولکولی مختلف برای تحقق وظایف فیزیکی خود بهره می‌برند و پیچیدگی مکانیک سلولی بسیار فراتر از فشارهای ساده داخلی است.

چگونگی تعامل سوپرکامپلکس با اسکلت سلولی

یکی از جنبه‌های کمتر شناخته‌شده رشد bleb، ارتباط مستقیم سوپرکامپلکس‌های پروتئینی با شبکه اسکلت سلولی است. محققان دریافتند که تجمع  CaMKIIمی‌تواند محل‌های اتصال آکتین و سایر فیلامنت‌ها را بازآرایی کند و مسیر حرکت آب را به سمت بیرون غشا هدایت نماید. این بازآرایی نه تنها رشد برآمدگی را تسهیل می‌کند، بلکه به سلول اجازه می‌دهد تا تغییر شکل‌های سریع و دینامیک را برای عبور از محیط‌های پیچیده انجام دهد. چنین مکانیسمی توضیح می‌دهد که چرا برخی سلول‌ها حتی در فضاهای محدود یا محیط‌های سه‌بعدی چگال، قادر به مهاجرت هستند و نشان‌دهنده هماهنگی دقیق میان ساختارهای مولکولی و رفتار مکانیکی سلول است.

ارتباط فشار اسمزی و مهاجرت سلول‌های سرطانی

تجزیه و تحلیل‌های جدید نشان می‌دهند که سلول‌های سرطانی می‌توانند از فشار اسمزی تولید شده توسط سوپرکامپلکس CaMKII  برای عبور از ماتریکس خارج‌سلولی و فضاهای محدود بافتی استفاده کنند. این فشار مولکولی، بر خلاف انقباض گسترده شبکه اسکلت سلولی، امکان حرکت سریع و چابک را فراهم می‌آورد و ممکن است یکی از عوامل کلیدی در تهاجم و متاستاز باشد. این یافته‌ها نشان می‌دهند که هدف قرار دادن تشکیل یا عملکرد این سوپرکامپلکس‌ها می‌تواند راهکاری جدید برای مهار حرکت سلول‌های بدخیم ارائه کند و دیدگاه جدیدی نسبت به درمان سرطان فراهم نماید.

تنظیم دقیق رشد  Bleb توسط تجمع پروتئین‌ها

رشد bleb به‌صورت تصادفی رخ نمی‌دهد بلکه سلول‌ها از طریق تجمع دقیق پروتئین‌ها و تشکیل سوپرکامپلکس‌های مولکولی، فشار و جهت رشد برآمدگی را کنترل می‌کنند. این فرآیند نشان‌دهنده سطح بالایی از کنترل سلول بر رفتار مکانیکی خود است و می‌تواند توضیح دهد که چگونه سلول‌ها قادر به پاسخ سریع به تغییرات محیطی هستند. علاوه بر CaMKII، سایر پروتئین‌های همکار در این سوپرکامپلکس ممکن است نقش تنظیم‌کننده در تعیین اندازه، موقعیت و مدت زمان حضور bleb داشته باشند، که این کنترل دقیق، بخش مهمی از رفتار مهاجرتی و توسعه‌ای سلول‌ها را شکل می‌دهد. بطورکلی یافته‌های جدید درباره نقش CaMKII در شکل‌گیری سوپرکامپلکس‌های اسمزی و رشد bleb نشان می‌دهد که نیروهای مولکولی در سلول می‌توانند از طریق مکانیسم‌های پیچیده و هدفمند عمل کنند. این درک نوین از مکانیک سلولی می‌تواند کاربردهای مهمی در زیست‌شناسی پایه و توسعه رویکردهای درمانی برای بیماری‌هایی مانند سرطان داشته باشد، جایی که کنترل مهاجرت سلولی اهمیت حیاتی دارد. در مجموع، این تحقیقات مرزهای دانش ما را درباره نحوه عملکرد نیرو و تعامل مولکول‌ها در سطح سلولی گسترده‌تر کرده و نشان می‌دهد که سلول‌ها با استفاده از تجمع پروتئین‌ها و سوپرکامپلکس‌های مولکولی می‌توانند نیروهای بسیار دقیق و هدفمند ایجاد کنند.

پایان مطلب./