Buněčná migrace

Buněčná migrace během morfogeneze, při hojení ran a v rámci funkcí imunitního systému vyžaduje časovou a prostorovou organizaci. Buňky jsou směrovány do svých cílových struktur a kompartmentů s velkou přesností. Nejznámějším „naváděcím mechanismem“ je chemotaxe – pohyb buněk ve směru gradientu určité rozpustné molekuly. Chemotakticky působí například růstové faktory, chemokiny a cytokiny, často i ve vzájemných složitějších kombinacích.  Podobným mechanismem je haptotaxe, při které jsou buňky přitahovány gradientem molekul vázaných na pevný substrát, například molekul na povrchu jiných buněk nebo složek ECM. Existuje i durotaxe, kdy buňky směřují k místům s vyšší tuhostí substrátu, nebo elektrotaxe, pohyb vyvolaný elektrickým polem.

Buněčná migrace vyžaduje komunikaci všech buněčných komponent. Buňky neustále přijímají signály z okolí, koordinují změny tvaru a udržují předo-zadní polaritu. Chemické signály (chemoatraktanty) působí na buňky prostřednictvím receptorů spojených s G-proteiny (GPCR), růstové faktory vazbou na receptorové tyrozin-kinázy (RTK). Buňky také vyhodnocují míru buněčné adheze prostřednictvím integrinů, kadherinů a dalších molekul buněčných spojů. Informace z okolí buňky zprostředkované různými typy receptorů jsou v buňce směrovány  na skupinu signálních proteinů zvaných Rho-GTPázy, které jsou zodpovědné za globální přestavby cytoskeletu.  Jedná se o rodinu monomerních G-proteinů, patřících do proteinové nadrodiny Ras (připomeňte si, že G-protein je aktivován vazbou s GTP a v té chvíli je schopen aktivovat dalšího člena signální dráhy, naopak hydrolýza GTP na GDP přepne G-protein do stavu „vypnuto“).  Tři nejlépe prostudované Rho – GTPázy jsou Rac1, Cdc42 a RhoA. V případě mezenchymálního pohybu se Rac1 a Cdc42 nacházejí na vedoucím okraji buňky, kde jsou zodpovědné za polymeraci aktinu, tvorbu výběžků a udržování buněčné polarity. RhoA se nachází v zadní části buňky, kde podporuje tvorbu stresových vláken a jejich kontraktilitu (Obr. 7). V případě améboidního pohybu dochází k potlačení aktivity Rac a buňce dominuje aktivita Rho posilující kontraktilitu buňky.

Rho-GTPázy se také (spolu s řadou dalších signálních molekul) účastní koordinace pohybu s dalšími buněčnými strukturami - s mikrotubuly, intermediárními filamenty a příslušnými asociovanými proteiny, s buněčnými organelami a s plazmatickou membránou.

Obr. 7  Úloha Rho-GTPáz v buněčné migraci. GPCR – receptory spojené s G-proteiny. RTK – receptorové tyrozinkinázy.  A) Hlavní účinky aktivace jednotlivých Rho-GTPáz. B) Rozložení působnosti jednotlivých Rho-GTPáz při mezenchymálním pohybu C) Dominance Rho při améboidním pohybu.

Ze srovnání mezenchymální a améboidní migrace vyplývá, že oba způsoby pohybu využívají schopnosti aktinového cytoskeletu polymerovat a depolymerovat vlákna a vytvářet kontraktilní svazky, každý však trochu jiným způsobem. Buňky také umějí mezi různými typy pohybu přepínat – např.  pro fibroblast je typická mezenchymální pohyblivost, pro leukocyty améboidní, ale oba typy buněk zvládnou používat i opačný způsob pohybu (a zřejmě i některé další způsoby, nezmiňované v tomto materiálu). Velká plasticita pohybu existuje bohužel i u nádorových buněk.