Krachten beïnvloeden celuitstoting: hoe mechanische druk overlevingskansen van cellen bepaalt in weefsel

AmsterdamOnderzoekers van het Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, het Institut Jacques Monod en het Niels Bohr Instituut hebben belangrijke nieuwe inzichten opgedaan over hoe mechanische krachten het uitgestoten worden van cellen vanuit epitheelweefsel beïnvloeden. Deze krachten bepalen of de cellen die uit het weefsel worden geduwd, sterven of overleven. Deze ontdekking kan ons helpen te begrijpen hoe weefsel zich normaal gedraagt en bij ziekten zoals kanker.

Uit het onderzoek bleek dat:

• Mechanische krachten in weefsels zijn cruciaal voor het bepalen van het lot van uitgestoten cellen.
• Cellen oefenen krachten op elkaar uit, wat kan leiden tot het verwijderen van bepaalde cellen.
• Zowel dode als levende cellen kunnen worden uitgestoten, met verschillende uitkomsten afhankelijk van de toegepaste kracht.
• De richting waarin cellen worden uitgestoten (apicaal of basaal) beïnvloedt hun overlevingskansen.
• E-cadherine, een eiwit dat betrokken is bij celverbindingen, fungeert als sensor en beïnvloedt deze processen.

Onder leiding van professoren Benoît Ladoux, Amin Doostmohammadi en Dr. René-Marc Mège hebben onderzoekers ontdekt dat zowel de kracht als de duur waarop deze krachten worden uitgeoefend, bepalend kunnen zijn voor de extrusie van een cel. Zeer krachtige krachten bij de celverbindingen, waar cellen elkaar raken, kunnen invloed hebben op de manier waarop cellen worden uitgedreven.

De onderzoekers hebben fysische modellen en experimenten gecombineerd met cellen die verschillende niveaus van eiwitten hadden. Ze onderzochten hoe cellen via adhesieverbindingen met elkaar communiceren, wat invloed heeft op de verwijdering van cellen. Ook hebben ze samengewerkt met de groep van Dr. Philippe Chavrier van het Curie-instituut. Ze ontdekten dat wanneer de krachttransmissie in cellen verandert, er meer cellen naar de basale zijde worden geëxtrudeerd.

Deze studie laat zien hoe de interactie tussen cellen via krachten hun bestemming beïnvloedt. Het toont aan dat mechanische signalering binnen weefsels cruciale processen beïnvloedt, zoals weefselvorming en ziekteontwikkeling, waaronder kanker. Inzicht in hoe deze krachten werken, kan leiden tot een beter begrip van ziekten en mogelijkheden voor behandeling.

Rol van celuitdrijving

Cel-extrusie is cruciaal voor het behoud van evenwicht binnen epitheelweefsels, die als lagen cellen oppervlakken door het hele lichaam bedekken. Bij dit proces van het uitdrijven van cellen wordt bepaald of deze cellen blijven leven of sterven, wat de gezondheid en functie van weefsels aanzienlijk kan beïnvloeden. Recent onderzoek benadrukt de rol van mechanische krachten bij de wijze en reden van cel-extrusie, wat nieuwe inzichten biedt in dit belangrijke biologische verschijnsel.

Inzicht in celuitdrijving helpt ons te begrijpen hoe weefsels zich vormen en vernieuwen, zodat ze goed blijven functioneren. Het is vergelijkbaar met een kwaliteitscontrolesysteem waarbij overbodige of schadelijke cellen worden verwijderd. Waarom dit van belang is:

• Het zorgt voor gezonde weefsels door beschadigde of verouderde cellen op te ruimen.
• Het bepaalt de groei en vorm van weefsels door selectie van welke cellen behouden blijven.
• Het beïnvloedt het verloop van ziektes, vooral bij kanker, door de gedragingen van cellen te veranderen.

De studie toont aan dat de fysieke krachten tussen cellen bepalen hoe ze worden uitgestoten. Vergelijk het met botsauto's; waar de cellen terechtkomen hangt af van de sterkte van de botsingen. Het onderzoek benadrukt dat de manier waarop cellen verbinding maken en communiceren met hun buren deze krachten beïnvloedt. Dit bepaalt of cellen dood worden uitgestoten of overleven.

Deze kennis omvat het begrip van hoe weefsels zich vormen en veranderen in de loop der tijd, zoals tijdens groei of genezing. Bij ontwikkeling kan een juiste beheersing van celdruk invloed hebben op hoe organen en weefsels zich organiseren. Fouten in dit proces kunnen daarentegen bijdragen aan ziekten zoals kanker, waar het gedrag van cellen ontregeld raakt.

Inzicht in hoe deze krachten werken kan wetenschappers helpen bij het ontwikkelen van therapieën die zich richten op de structurele organisatie van weefsels. Dit zou kunnen leiden tot interventies die ongewenst celgedrag verbonden aan ziektes voorkomen. Met de voortgang van onderzoek is de hoop om deze krachten beter te manipuleren, zodat we gezonde weefdeldynamiek kunnen behouden of pathologische veranderingen kunnen stoppen, wat nieuwe mogelijkheden biedt in medische behandelingen.

Implicaties voor kanker

De bevindingen van het onderzoek benadrukken belangrijke verbanden tussen mechanische krachten en de progressie van kanker. Inzichten in deze interacties kunnen onze benadering van kankerbehandeling en diagnose veranderen. Zo zouden deze ontdekkingen invloed kunnen hebben op kankeronderzoek en -behandeling:

Verbeter de diagnose van kanker door celgedrag onder invloed van krachten te analyseren. Ontwikkel behandelingen door de krachtoverdracht in weefsels te richten. Voorspel de voortgang van kanker door veranderingen in patronen van celuitdrijving.

Epitheliale weefsels zorgen voortdurend voor celvernieuwing, en onjuiste celuitdrijving kan tot kanker leiden. Het onderzoek toont aan dat fysieke signalen bepalen wat er gebeurt met cellen die worden uitgestoten, wat ons kan helpen te begrijpen hoe sommige cellen overleven en onbeheerst blijven delen, wat tot tumoren leidt. Door de manier waarop cellen via mechanische krachten communiceren te beïnvloeden, zouden we het verloop van de ziekte kunnen veranderen.

Inzicht in hoe E-cadherine verbindingen de bestemming van cellen beïnvloeden geeft waardevolle kennis over hoe kankercellen zich kunnen verspreiden of juist beperkt worden. Als we deze krachten of de verbindingen zelf kunnen beïnvloeden, hebben we een mogelijke weg om de groei van kanker te beperken. Dit kan nieuwe wegen openen voor behandelingen die niet per se de traditionele methoden zoals bestraling of chemotherapie inhouden.

Bovendien kunnen medische onderzoekers, door te bepalen hoe mechanische krachten cellen veranderen, nieuwe biomarkers ontwikkelen voor vroege kankerdetectie. Het observeren van hoe cellen naar de basale zijde worden uitgestoten, kan wijzen op agressief kanker gedrag, waardoor artsen eerder kunnen ingrijpen.

Deze bevindingen tonen een verschuiving in ons begrip van celgedrag en kanker. In plaats van alleen naar genetische mutaties te kijken, wijst dit onderzoek op een mechanisch pad dat een cruciale rol kan spelen in de ontwikkeling en progressie van kanker. Toekomstig onderzoek in deze richting zal waarschijnlijk onderzoeken hoe deze fysieke interacties benut kunnen worden om nieuwe behandelingen te ontwerpen en de resultaten voor patiënten te verbeteren. Dit inzicht in mechanische krachten biedt spannende mogelijkheden voor innovatieve manieren om kanker te bestrijden.