Адаптивные механохимические механизмы ядра при миграции клетки в условиях ограниченного пространства

Миграция клеток через пространственно ограниченные микроокружения происходит во многих биологических процессах, таких как эмбриональное развитие, иммунный надзор и метастазирование рака. Основным узким местом при такой миграции является ядро, которое выступает не только как жёсткое механическое препятствие, но и как важный механосенсор, модулирующий последующие сигнальные пути. Однако до сих пор мало понятно, как деформация ядра и механосенсация совместно регулируют миграцию клеток через ограниченные пространства. В настоящей работе мы предлагаем трёхмерную (3D) механохимическую модель перемещения ядра в условиях ограничений, которая объединяет деформацию ядра с деформационно-индуцированной кальциевой сигнализацией и последующей регуляцией сократимости цитоскелета. Мы показываем, что клетки осуществляют адаптивную деформацию ядра, включая удлинение ядерной оболочки и 3D-складывание (бёклинг), чтобы эффективно преодолевать препятствия разного размера. Между скоростью движения ядра и размером ограничения существует бипазная зависимость, возникающая из взаимодействия между деформируемостью ядра и механочувствительной обратной связью. Мы демонстрируем, что при сильной деформации может происходить локальный разрыв ядерной оболочки, что позволяет перемещению ядра через экстремально узкие ограничения, как было показано в предыдущих экспериментах. Кроме того, мы уточняем критическую роль организации хроматина в перемещении ядра. Данная работа выявляет ключевые механохимические механизмы, управляющие миграцией клеток в ограниченных пространствах, и предоставляет теоретическую основу для изучения динамики ядра в физиологических и патологических контекстах.