Внеклеточный матрикс обширен, сложен и жизненно важен как для структуры, так функции клеток. Эта желатинозная сеть сахаров и белков не только соединяет клетки с соседями, но и регулирует трафик поступающих молекул путем сязывания и транспортирования большого числа белков, помогая контролировать перемещение гормонов, цитокинов и ростовых факторов, и помогая становлению градиентов этих соединений, которые важны для развития организма и для борьбы с инфекцией.

Потеогликаны являются ключевыми инградиентами матрикса и являются доминантными молекулами, ближайшими к плазматической мембране. Каждый состоит из “стежневого белка”, некоторые из которых внедрены в мембрану и каждый связан со многими цепочками сахаров, простирающихся наружу. Одной из наиболее распространенных и важный цепочек является heparan sulfate (HS), чьи повторяющиеся сахара и свисающие сульфаты создают множественные сайты связывания для многих разных внеклеточных белков. Множественные белки могут соединяться с одной и той же точкой на HS с варьирующим сродством и одиночный белок может соединяться с несколькими разными сайтами. Сложность такого распложенияделает изучение трафика белков внутри матрикса затруднительным и мало известно о деталях подобного меремещения. В данном номере PLoS Biology, Laurence Duchesne, David Fernig с коллегами использовали две техники получения изображений, чтобы локализовать и проследить перемещение фактора роста в метриксе и продемострироали, что пространственная организация сайтов связывания на HS управляет как скоростью, так и расстоянием перемещения фактора.

Авт. впервые присоединили наночастицы золота к fibroblast growth factor 2 (FGF2), который соединяется с HS, и показали, что золото, которое позволяет получать избражения FGF2, не мешает транспорту или функции белка. Используя трансиссонную электронную микроскопию, они установили, что FGF2 соединяется с HS в виде кластеров скорее, чем равномерно и случано распределяется по всему матриксу и что более 99% белка связано с HS скорее, чем с FGF рецепторами, сигнальными молекулами, которые внедрены с плазматическую мембрану.

Затем они проследили перемещения наночастиц с помощью photothermal heterodyne imaging, техники, при которой высвобождаемая энергия от стимулированных частиц выявляется, это позволило картировать перемещения их а интервалы в десятки минут или даже больше. Предыдущая работа этих авт. и др. показала, что оказавшись внутри матрикса, очень немногие FGF2 отплавляются снова в смешанную культуральную среду, но перемещаются внутри матрикса. Они установили, что перемещения FGF2 могут быть классифицированы как один из 5 типов: неподвижные или сильно ограниченные, ограниченные, простая диффузия, медленная направленная диффузия и быстрая направленная диффузия. Большинство молекул проводили большую часть времени (приблизительно 83%) как неподвижные или ограниченные. Простой диффузии уделялось 13% их времени, тогда как 3% времени они проводили в медленной направленной диффузии. Быстраня направленная диффузия встречалась очень редко.

Чтобы понять природу ограниченного состояния, авт. сравнивали перемещение FGF2 в матриксе живых клеток, и клеток, которые фиксированы, в которых связанные с мембраной белки неподвижны, но прикрепленные к ним цепочки HS всё ещё свободны перемещаться с места на место. Не стало неожиданностью, что диаметр ограничений (т.e., расстояние, на которое FGF2 может пермещаться) был более значительным в живых клетокх, чем в фиксированных клетках (106 nm против 94 nm). Но увеличение концентрации FGF2 в 10 раз вызывало интересный эффект: оно уменьшало диаметр ограничения для фиксированных клеток, но увеличивало его для живых клеток. Авт. подтвердили, что для фиксированных клеток, увеличение концентрации означает, что большинство локальных сайтов связывания FGF2 будет оккупировано, это ведет к снижению способности индидуальныхы молекул FGF2 перемещаться с места на место. Для живых клеток, однако, увеличение концентрации FGF2 может смещать больше non-FGF2 белков из сайтов связывания (не так, как в фиксированных клетках, благодаря белок-стабилизирующим эффектам процессов фиксации), это позволяет любой из молекул FGF2 перемещаться более свободно среди сайтов связывания. Др. эффекты также вносят свой вклад.

Медленная направленная диффузия обнаруживается как в живых, так и фиксированных клетках, но вдвое распространена в первых. Авт. полагают, что основной механизм это высвобождение одиночных FGF2 с сайтов связывания и повторное сцепление с соседним сайтом на молекуле HS, которая может быть пространственно организована, чтобы сформировать путь для направленных перемещений. В общем перемещение любой молекулы FGF2 д. быть комбинацией случайных движений среди локальных сетей из сайтов связывания (ограниченное пеермещение) и движения вдоль путей (направленная диффузия).

Авт. отмечают, что такая система ограничения и использования пути может не ограничиваться FGF2, но, скорее всего, характеризет премещение множества молекул во внеклеточном матриксе и, скорее всего, важна для контроля коммуникаций между окружающей средой и индивидуальными клетками.

Duchesne L, Octeau V, Bearon RN, Beckett A, Prior IA, et al. (2012) Transport of Fibroblast Growth Factor 2 in the Pericellular Matrix Is Controlled by the Spatial Distribution of Its Binding Sites in Heparan Sulfate. doi:10.1371/journal.pbio.1001361