Колхицин изменяет структуру цитоскелета фибробластов: количественное исследование адаптивной клеточной реакции методами атомно-силовой и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии

Авторы

  • Максим Миндигалеевич Халисов Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Валентина Альбертовна Пеннияйнен Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Светлана Александровна Подзорова Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Кирилл Игоревич Тимощук Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Алина Дмитриевна Розенблит Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Борис Владимирович Крылов Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-1270-2020-1-2-115-122

Ключевые слова:

фибробласты, колхицин, атомно-силовая микроскопия, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия, стресс-фибриллы

Аннотация

Исследовано действие колхицина на примере первичной культуры фибробластов сердца новорожденных крысят методами атомно- силовой и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Хорошо известно, что действие колхицина приводит к разрушению микротрубочек клеток. С другой стороны, этот агент используется в качестве лекарственной субстанции в терапии ряда патологий. Однако молекулярные механизмы его действия остаются малоизученными. Данные атомно-силовой микроскопии показали, что колхицин в концентрации 1 мкг/мл приводит к увеличению жесткости фибробластов, причем более выраженная реакция наблюдается у фибробластов со стресс-фибриллами: их средний модуль Юнга был на 60 % выше, чем у контрольных клеток. Применение конфокальной лазерной сканирующей микроскопии показало, что колхицин вызывает у фибробластов увеличение интенсивности флуоресценции F-актина в среднем на 40 % относительно контрольного уровня. Полученные результаты позволяют заключить, что колхицин, ингибирующий полимеризацию тубулиновых микротрубочек, запускает компенсаторную реакцию клетки, увеличивающую жесткость фибробластов благодаря запуску полимеризации актина. Подход, использованный в настоящей работе, может быть применим для количественного анализа молекулярных механизмов действия лекарственных препаратов на этапе их доклинических исследований.

Библиографические ссылки

Chang, L., Kious, T., Yorgancioglu, M. et al. (1993) Cytoskeleton of living, unstained cells imaged by scanning force microscopy. Biophysical Journal, vol. 64, no. 4, pp. 1282–1286. DOI: 10.1016/S0006-3495(93)81493-0 (In English)

Chentsov, Yu. S. (2010) Tsitologiya s elementami tsellyulyarnoj patologii [Cytology with elements of cellular pathology]. Moscow: Meditsinskoe informatsionnoe agentstvo Publ., 361 p. (In Russian)

Henderson, E., Haydon, P. G., Sakaguchi, D. S. (1992) Actin filament dynamics in living glial cells imaged by atomic force microscopy. Science, vol. 257 (5078), pp. 1944–1946. PMID: 1411511. DOI: 10.1126/science.1411511 (In English)

Inoue, S. (1981) Cell division and the mitotic spindle. The Journal of Cell Biology, vol. 91, no. 3, pp. 131–147. (In English)

Jung, H. I., Shin, I., Park Y. M. et al. (1997) Colchicine activates actin polymerization by microtubule depolymerization. Molecules and Cells, vol. 7, no. 3, pp. 431–437. PMID: 9264034. (In English)

Jung, S.-H., Park, J.-Y., Joo, J.-H. et al. (2011) Extracellular ultrathin fibers sensitive to intracellular reactive oxygen species: Formation of intercellular membrane bridges. Experimental Cell Research, vol. 317, no. 12, pp. 1763–1773. DOI: 10.1016/j.yexcr.2011.02.010 (In English)

Kuznetsova, T. G., Starodubtseva, M. N., Yegorenkov, N. I. et al. (2007) Atomic force microscopy probing of cell elasticity. Micron, vol. 38, no. 8, pp. 824–833. PMID: 17709250. DOI: 10.1016/j.micron.2007.06.011 (In English)

Liu, L., Zhang, W., Li, L. et al. (2018) Biomechanical measurement and analysis of colchicine-induced effects on cells by nanoindentation using an atomic force microscope. Journal of Biomechanics, vol. 67, pp. 84–90. PMID: 29249455. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2017.11.018 (In English)

Mareel, M. M., De Mets, M. (1984) Effect of microtubule inhibitors on invasion and on related activities of tumor cells. International Review of Cytology, vol. 90, pp. 125–168. PMID: 6389412. DOI: 10.1016/S0074-7696(08)61489-8 (In English)

Rieder, C. L., Palazzo, R. E. (1992) Colcemid and the mitotic cycle. Journal of Cell Science, vol. 102, no. 3, pp. 387–392. PMID: 1506421. (In English)

Rotsch, C., Radmacher, M. (2000) Drug-induced changes of cytoskeletal structure and mechanics in fibroblasts: An atomic force microscopy study. Biophysical Journal, vol. 78, no. 1, pp. 520–535. PMID: 10620315. DOI: 10.1016/S0006-3495(00)76614-8 (In English)

Salmon, E. D., McKeel, M., Hays, T. (1984) Rapid rate of tubulin dissociation from microtubules in the mitotic spindle in vivo measured by blocking polymerization with colchicine. The Journal of Cell Biology, vol. 99, no. 3, pp. 1066–1075. PMID: 6470037. DOI: 10.1083/jcb.99.3.1066 (In English)

Sneddon, I. N. (1965) The relation between load and penetration in the axi-symmetric boussinesq problem for a punch of arbitrary profile. International Journal of Engineering Science, vol. 3, no. 1, pp. 47–57. DOI: 10.1016/0020-7225(65)90019-4 (In English)

Spedden, E., White, J. D., Naumova, E. N. et al. (2012) Elasticity maps of living neurons measured by combined fluorescence and atomic force microscopy. Biophysical Journal, vol. 103, no. 5, pp. 868–877. PMID: 23009836. DOI: 10.1016/j.bpj.2012.08.005 (In English)

Timoshchuk, K. I., Khalisov, M. M., Penniyaynen, V. A. et al. (2019) Mechanical characteristics of intact fibroblasts studied by atomic force microscopy. Technical Physics Letters, vol. 45, no. (9), pp. 947–950. DOI: 10.1134/S1063785019090293 (In English)

Tsai, M. A., Waugh, R. E., Keng, P. C. (1998) Passive mechanical behavior of human neutrophils: Effects of colchicine and paclitaxel. Biophysical Journal, vol. 74, no. 6, pp. 3282–3291. PMID: 9635782. DOI: 10.1016/S0006-3495(98)78035-X (In English)

Wu, H. W., Kuhn, T., Moy, V. T. (1998) Mechanical properties of L929 cells measured by atomic force microscopy: Effects of anticytoskeletal drugs and membrane crosslinking. Scanning, vol. 20, no. 5, pp. 389–397. PMID: 9737018. DOI: 10.1002/sca.1998.4950200504 (In English)

Опубликован

2020-06-05

Выпуск

Раздел

Экспериментальные статьи