Każda czerwona krwinka w naszym organizmie żyje około 120 dni. W tym czasie nieustannie zmienia miejsce położenia. Działanie układu krążenia sprawia, że krew bez przerwy płynie po całym ciele, w wraz z nią krwinki. Ruch krwinek jest bierny, nie wymaga „wysiłku”, po prostu komórki płyną z prądem krwi.

Zawiłe ścieżki migracji

W naszym ciele są jednak komórki, które przemieszczają się same, ruchem przypominającym pełzanie. Taki ruch nazywa się ameboidalnym. Po raz pierwszy ten rodzaj wędrówki opisano u jednokomórkowych organizmów – ameb. Aktywne przemieszczanie się komórek to migracja.

Żeby łatwiej zrozumieć jak taka migracja się odbywa, musimy poznać wewnętrzny świat naszego organizmu, krainę którą przemierza mikroskopijny podróżnik –  komórka. Ciało zbudowane jest ze skupionych komórek o podobnej budowie i pełniących zbliżone funkcje – to tkanki. Tkanki tworzą narządy, np. wątrobę, nerki, mięśnie i skórę. W skład tkanek, oprócz komórek, wchodzi substancja zewnątrzkomórkowa, która wypełnia przestrzeń między komórkami. Zbudowana jest ona głównie z białek, między innymi kolagenu. Podróżująca komórka często wybiera trasę wyznaczoną przestrzeniami międzykomórkowymi – dlatego szlak jakim podąża przypomina labirynt.

W ten sposób migrują komórki podczas rozwoju organizmu człowieka, gojenia się ran czy podczas aktywności układu odpornościowego – tak jak widoczny na filmie neutrofil (komórka układu odporności) podążający śladem bakterii.

Cechą wspólną komórek migrujących jest to, że ich ruch jest zawsze ukierunkowany. Nie rozpraszają się chaotycznie, lecz zmierzają w określone miejsce. Zwykle prowadzi je sygnał chemiczny wytwarzany w punkcie docelowym. Komórki wędrują, podążając za wzrastającą intensywnością sygnału aż do miejsca, gdzie jest najmocniejszy. To cel ich wędrówki [1,2].  

Między komórkami czy na wprost?

Pierwszym krokiem w procesie migracji jest polaryzacja komórki czyli najprościej mówiąc ustalenie, gdzie jest jej przód a gdzie tył. Taka polaryzacja jest reakcją na bodźce chemiczne docierające do błony komórkowej. Po wyznaczeniu kierunku migracji czoło komórki, czyli przód, zmienia swój kształt na płaski i wydłużony. Dodatkowo w błonę otaczającą komórkę wbudowują się  białka, które ułatwią jej przyczepienie się do podłoża, czyli do białek obecnych w przestrzeni otaczającej komórki. Cały ruch przypomina pełzanie. Wiodąca część komórki wysuwa wąskie wypustki zwane lamelipodiami lub filopodiami (podia z gr. nogi). Te wysunięte fragmenty komórek działają jak odnóża, które są zaopatrzone w zaczepy z białek adhezyjnych. Odpowiedzialne są one za przyleganie i możliwość przesuwanie całej komórki do przodu. Wypustki przedniej części komórki są stabilizowane przez tworzenie się nowych punktów zaczepu. W aktywnym ruchu komórek bierze też udział cytoszkielet komórki czyli układ specjalnych białek odpowiedzialnych za utrzymanie i zmianę kształtu, ruch, a także za przemieszczanie się elementów wewnętrznych komórki.

Komórki mogą przemieszczać się, modyfikując swój kształt i przeciskając się przez wąskie przestrzenie międzykomórkowe. Tak zwykle podróżują komórki układu odpornościowego.

Inaczej postępują komórki nowotworowe. które zdobyły zdolność migracji. Wędrówka komórek nowotworowych jest kilkuetapowa. W pierwszym etapie komórki opuszczają guz, w kolejnym przechodzą przez ścianę naczyń krwionośnych i zostają przetransportowane z krwią do innej części ludzkiego ciała. Następnie opuszczają krwiobieg i migrują do tkanki, w której osiadają i dzielą się tworząc przerzuty. Trudno je powstrzymać, ponieważ komórki nowotworowe podczas swojej podróży same torują sobie drogę, wytwarzając specjalne białka-enzymy, niszczące tkanki, przez które migrują. Zachowują się jak bezlitosny rycerz przedzierający się w czasie bitwy przez tłumy przeciwników [4].

Leukocyty na patrolu

Jednak oprócz procesów chorobotwórczych migracja jest również elementem walki z zakażeniem organizmu. Obecne w krwiobiegu leukocyty czyli białe krwinki (patrz zdjęcie tytułowe) są gotowe do starcia z zagrożeniem np. bakteriami, wirusami czy uszkodzeniami w naszym organizmie. Leukocyty są strażnikami naszego organizmu, a ich krążenie we krwi można porównać do patrolu, podczas którego kontrolują bezpieczeństwo całego ciała, wykorzystując szlaki wyznaczone przez naczynia krwionośne. Jednak w sytuacji niebezpieczeństwa czyli np. zakażenia organizmu, muszą zboczyć ze szlaku i dostać się do centrum wydarzeń. W pierwszym kroku leukocyty płynące środkiem naczynia krwionośnego zbliżają się do jego ściany. Stykając się zmieniają tempo i sposób ruchu, co powoduje, że dany leukocyt zaczyna toczyć się po ścianie naczynia. W kolejnym etapie zmienia on kształt, przeciskając się między komórkami w ścianie naczynia i dalej kieruje się w stronę sygnału z centrum infekcji. W odróżnieniu od komórek nowotworowych leukocyty nie torują sobie drogi, ale mozolnie pokonują wszystkie przeszkody, przeciskając się wąskimi szczelinami.

Czy jesteśmy w stanie określić jak szybko przemieszczają się nasze komórki? Udowodniono, że jeden z rodzajów białych krwinek – neutrofil porusza się z prędkością od 8 do 16 mikrometrów/min (mikrometr to jedna milionowa metra). Neutrofil potrzebowałby więc około 15 godzin, aby przebyć odległość 1 cm. A przedostanie się przez warstwę komórek, np. przejście przez ścianę naczyń krwionośnych zajmuje mu mniej więcej 60 sekund [5].

Źródła:

[1] www.mechanobio.info/development/what-is-cell-migration/

[2] Wanda Kłopocka, Jarosław Korczyński. Migracja – regulacja zjawiska przez wybrane szlaki sygnałowe

[3] Anna Balcerak, Maciej Wakuła, Alicja Trębińska, Ewa A. Grzybowska.  Migracja i inwazyjność komórek nowotworowych; rola plastyczności komórek i udział macierzy zewnątrzkomórkowej w tworzeniu przerzutów

[4] Maciej S. Wideł, Maria Wideł. Mechanizmy przerzutowania i molekularne markery progresji nowotworów złośliwych. Postepy Hig Med Dosw. (online), 2006; 60: 453-470

[5] Luu N T, Rainger G E, Nash G B. Kinetics of the Different Steps During Neutrophil Migration Through Cultured Endothelial Monolayers Treated With Tumour Necrosis Factor-Alpha J Vasc Res 1999;36(6):477-85.

Artykuł przygotowany przez zespół Mobilnego Projektu Edukacyjnego Naukowiej w ramach projektu „Małopolskie Centrum Nauki – projekt zintegrowany”.