Fizyka na powierzchni przylegających komórek biologicznych

Komórki biologiczne muszą rozpoznawać ogromną ilość różnych substancji oraz sąsiednich komórek. Dlatego wiele zróżnicowanych cząsteczek na powierzchni komórki pełni funkcje receptorów, które wykrywają różnorodne cząsteczki w otoczeniu komórki i przekazują odpowiednie informacje do wnętrza komórki. Niektóre z tych receptorów łączą się z tzw. tratwami lipidowymi, które są małymi (o średnicy od 10 do 200 nm), wzbogaconymi w cholesterol obszarami w błonie otaczającej komórkę. Jednym z istotnych problemów współczesnej biofizyki jest zrozumienie w jaki sposób owe tratwy lipidowe wraz ze stowarzyszonymi z nimi receptorami reagują na różne bodźce i czynniki, a w szczególności na fizyczny kontakt jednej komórki biologicznej z inną (rys. 1).

Używając zaawansowanych metod fizyki statystycznej i obliczeniowej, naukowcy z Instytutu Fizyki PAN we współpracy z naukowcami z Chińskiej Akademii Nauk oraz Uniwersytetu w Nanjing zbadali wpływ kontaktów międzykomórkowych na stabilność i rozmiary tratw lipidowych. Wyniki ich badań opublikowane w czasopiśmie Nano Letters [1] wyjaśniają, w jaki sposób tworzenie kontaktów międzykomórkowych prowadzi do agregacji receptorów stowarzyszonych z tratwami lipidowymi. Na efekt ten mają wpływ zarówno mechaniczne własności błon komórkowych (np. sztywność błony na zginanie) jak i siła niekowalencyjnych wiązań tworzących kontakty międzykomórkowe.

Agregacja receptorów, czyli nagromadzenie receptorów w pewnych obszarach na powierzchni komórki, może prowadzić do wyzwolenia określonych reakcji komórki na dany bodziec. Jak podkreśla dr hab. Bartosz Różycki z Instytutu Fizyki PAN, wyniki badań opublikowane przez naukowców z Chin i Polski [1] wnoszą duży wkład do zrozumienia fizycznych mechanizmów wyzwalania reakcji komórki na skutek kontaktów międzykomórkowych, np. w procesie rozróżniania komórek "własnych" od "obcych" przez limfocyty wchodzące w skład układu odpornościowego. Wyniki te mogą przyczynić się między innymi do projektowania nowych immunoterapii.

Opisane badania były wspierane w Polsce przez Narodowe Centrum Nauki poprzez grant No. 2016/21/B/NZ1/00006.

Rysunek 1:
Rys. 1 z artykułu opublikowanego niedawno w Nano Letters przez naukowców z Chin i Polski [1]. Panel a: schematyczna ilustracja kontaktów między dwiema komórkami. Makrocząsteczki pełniące funkcje receptorów na powierzchni jednej komórki wiążą się z komplementarnymi makrocząsteczkami (ligandami) na powierzchni innej komórki. Receptory i ligandy łączą się także z tratwami lipidowymi. Panel b: ilustracja symulacji komputerowej, w której receptory stowarzyszone z tratwami lipidowymi tworzą agregaty na powierzchni komórki. Tak jak w panelu (a), receptory zaznaczone są na zielono, ligandy na fioletowo, a tratwy lipidowe na pomarańczowo.