Эмбриональные клетки мигрируют в электрическом поле
И есть ещё один род сигналов, помогающий клеткам нервного гребня мигрировать – это электрические сигналы. Они чувствуют напряжённость электрического поля и ползут в соответствии с его ориентацией. Эту их способность назвали электротаксисом, и она хорошо видна в экспериментах с клеточными культурами. Если оставить клетки нервного гребня без электрического поля, они будут расползаться из общей кучи в разные стороны, но если клетки в питательной среде поместить в электрическое поле, они начнут организованно ползти к одному из полюсов, причём если поменять направление поля, сменят направление и клетки – как в этом видео:
Но одно дело – культура клеток, и другое дело – эмбрион. Сотрудникам Дрезденского технического университета и Института Гюльбенкяна удалось показать, что и в зародыше клетки нервного гребня тоже ползут по электрическому полю; более того исследователям удалось отчасти расшифровать механизм, который тут работает. В статье в Nature Materials они пишут, что чувствовать электрическое поле клеткам помогает белок Vsp1, voltage-sensitive phosphatase 1 – фосфатаза 1, чувствительная к напряжению. Это сложный белок: часть его молекулы сидит в наружной мембране клетки, образуя что-то вроде ионного канала, другая часть, с ферментативной активностью, обращена внутрь клетки. На подвижность как таковую Vsp1 не влияет – когда у клеток его выключали, они продолжали двигаться. От Vsp1 зависит именно направление движения в электрическом поле.
Само же поле возникает из-за механического растяжения в той области зародыша, где располагаются клетки нервного гребня. Эта область активно трансформируется: в зародыше образуется впячивание, края которого смыкаются, так что в итоге получается трубка (точнее, нервная трубка, расположенная вплотную к нервному гребню). Механические силы активируют ионные каналы в клеточных мембранах, ионы на них перегруппировываются. Но перегруппировываются по-разному, в зависимости от расположения конкретных клеток – на какие-то из клеток механические силы действуют сильнее, на какие-то слабее. В итоге некоторые клетки оказываются полны положительно заряженных ионов, а в других таких ионов заметно меньше. Образуется градиент напряжённости, и вот этот градиент воспринимает белок Vsp1 в клетках нервного гребня. Поскольку у него у самого есть свойства ионного канала, Vsp1, вероятно, тоже начинает пропускать через себя ионы, включая свою ферментативную часть – с её помощью Vsp1 передаёт электрический сигнал внутрь клетки, указывая, куда ползти.
Эксперименты ставили с зародышами шпорцевой лягушки, но, скорее всего, такой же биоэлектрический механизм работает и у прочих позвоночных. Возможно, другие активно ползающие клетки пользуются похожими «электрокомпасами», и было бы интересно проверить это относительно ранозаживляющих и опухолевых метастазных клеток.