Kolchicin mění strukturu cytoskeletu fibroblastů: kvantitativní studie adaptivní buněčné odpovědi s využitím atomárních sil a konfokální laserové skenovací mikroskopie | Integrativní fyziologie

Účinek kolchicinu byl studován na příkladu primární kultury fibroblastů srdečních buněk novorozených potkanů s využitím atomární silové a konfokální laserové skenovací mikroskopie. Je dobře známo, že kolchicin ničí buněčné mikrotubuly. Na druhou stranu se toto činidlo používá jako léčivo v terapii řady patologií. Molekulární mechanismy jeho účinku však zůstávají nedostatečně pochopeny. Data z atomární silové mikroskopie ukázala, že kolchicin v koncentraci 1 μg/ml zvyšuje rigiditu fibroblastů, přičemž výraznější reakce byla pozorována u fibroblastů se stresovými vlákny: jejich průměrný Youngův modul byl o 60 % vyšší než u kontrolních buněk. Konfokální laserová skenovací mikroskopie ukázala, že kolchicin způsobuje zvýšení intenzity fluorescence F-aktinu ve fibroblastech v průměru o 40 % oproti kontrolní úrovni. Získané výsledky nám umožňují dojít k závěru, že kolchicin, který inhibuje polymeraci tubulinových mikrotubulů, spouští kompenzační buněčnou reakci, která zvyšuje rigiditu fibroblastů v důsledku spuštění polymerace aktinu. Přístup použitý v této práci lze aplikovat na kvantitativní analýzu molekulárních mechanismů účinku léčiv ve fázi jejich preklinických studií.

Bibliografické odkazy

Chang, L., Kious, T., Yorgancioglu, M. a kol. (1993) Cytoskelet živých, nebarvených buněk zobrazený pomocí rastrovací silové mikroskopie. Biophysical Journal, roč. 64, č. 4, s. 1282–1286. DOI: 10.1016/S0006-3495(93)81493-0 (v angličtině)

Chentsov, Yu. S. (2010) Cytologie s prvky buněčné patologie [Tsitologiya s elementami tsellyulyarnoj patologii]. Moskva: Meditsinskoe informatsionnoe agentstvo Publ., 361 s. (v ruštině)

Henderson, E., Haydon, PG, Sakaguchi, DS (1992) Dynamika aktinových filament v živých gliových buňkách zobrazená pomocí mikroskopie atomárních sil. Science, sv. 257 (5078), s. 1944–1946. PMID: 1411511. DOI: 10.1126/science.1411511 (v angličtině)

Inoue, S. (1981) Buněčné dělení a mitotické vřeténko. The Journal of Cell Biology, roč. 91, č. 3, s. 131–147. (V angličtině)

Jung, H. I., Shin, I., Park Y. M. a kol. (1997) Kolchicin aktivuje polymeraci aktinu depolymerací mikrotubulů. Molecules and Cells, sv. 7, č. 3, s. 431–437. PMID: 9264034. (V angličtině)

Jung, S.-H., Park, J.-Y., Joo, J.-H. a kol. (2011) Extracelulární ultratenká vlákna citlivá na intracelulární reaktivní formy kyslíku: Tvorba mezibuněčných membránových můstků. Experimental Cell Research, roč. 317, č. 12, s. 1763–1773. DOI: 10.1016/j.yexcr.2011.02.010 (v angličtině)

Kuzněcovová, TG, Starodubtseva, MN, Jegorenkov, NI a kol. (2007) Zkoumání buněčné elasticity pomocí mikroskopie atomárních sil. Micron, sv. 38, č. 8, s. 824–833. PMID: 17709250. DOI: 10.1016/j.micron.2007.06.011 (v angličtině)

Liu, L., Zhang, W., Li, L. a kol. (2018) Biomechanické měření a analýza účinků kolchicinu na buňky pomocí nanoindentace za použití atomárního silového mikroskopu. Journal of Biomechanics, roč. 67, s. 84–90. PMID: 29249455. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2017.11.018 (v angličtině)

Mareel, M. M., De Mets, M. (1984) Vliv inhibitorů mikrotubulů na invazi a související aktivity nádorových buněk. International Review of Cytology, sv. 90, s. 125–168. PMID: 6389412. DOI: 10.1016/S0074-7696(08)61489-8 (v angličtině)

Rieder, C. L., Palazzo, R. E. (1992) Kolcemid a mitotický cyklus. Journal of Cell Science, roč. 102, č. 3, s. 387–392. PMID: 1506421. (V angličtině)

Rotsch, C., Radmacher, M. (2000) Změny cytoskeletální struktury a mechaniky fibroblastů vyvolané léky: Studie pomocí mikroskopie atomárních sil. Biophysical Journal, roč. 78, č. 1, s. 520–535. PMID: 10620315. DOI: 10.1016/S0006-3495(00)76614-8 (v angličtině)

Salmon, E.D., McKeel, M., Hays, T. (1984) Rychlá disociace tubulinu z mikrotubulů v mitotickém vřeténku in vivo měřená blokovací polymerací kolchicinem. The Journal of Cell Biology, roč. 99, č. 3, s. 1066–1075. PMID: 6470037. DOI: 10.1083/jcb.99.3.1066 (v angličtině)

Sneddon, IN (1965) Vztah mezi zatížením a penetrací v osově symetrickém Boussinesqově problému pro razník libovolného profilu. International Journal of Engineering Science, sv. 3, č. 1, s. 47–57. DOI: 10.1016/0020-7225(65)90019-4 (v angličtině)

Spedden, E., White, JD, Naumova, EN a kol. (2012) Mapy elasticity živých neuronů měřené kombinovanou fluorescenční a atomární silovou mikroskopií. Biophysical Journal, roč. 103, č. 5, s. 868–877. PMID: 23009836. DOI: 10.1016/j.bpj.2012.08.005 (v angličtině)

Timoshchuk, KI, Khalisov, MM, Penniyaynen, VA a kol. (2019) Mechanické vlastnosti intaktních fibroblastů studované pomocí mikroskopie atomárních sil. Technical Physics Letters, roč. 45, č. (9), s. 947–950. DOI: 10.1134/S1063785019090293 (v angličtině)

Tsai, MA, Waugh, RE, Keng, PC (1998) Pasivní mechanické chování lidských neutrofilů: Účinky kolchicinu a paklitaxelu. Biophysical Journal, sv. 74, č. 6, s. 3282–3291. PMID: 9635782. DOI: 10.1016/S0006-3495(98)78035-X (v angličtině)

Wu, H. W., Kuhn, T., Moy, V. T. (1998) Mechanické vlastnosti buněk L929 měřené mikroskopií atomárních sil: Účinky anticytoskeletálních léčiv a membránového zesítění. Scanning, sv. 20, č. 5, s. 389–397. PMID: 9737018. DOI: 10.1002/sca.1998.4950200504 (v angličtině)