Придание балансу формы Цитоскелет особенно интересен с точки зрения биотенсегрити всего тела, поскольку эта многофункциональная структура, которая влияет на форму клетки и положение ее органелл, а также активирует множество внутриклеточных сигнальных каскадов и имеет связи с другими клетками и тканями (Ingber, 2006a; Mammoto и др., 2012). Различные микроволокна соединяются с другими клетками и окружающим внеклеточным матриксом (ВКМ) через адгезивные молекулы, пересекающие клеточную мембрану, такие как интегрины, кадгерины, десмосомы и непроницаемые перегородки (рис. 5.5). Далее эти трансмембранные белки создают механическую связь, которая передает натяжение, создаваемое в цитоскелете, во внеклеточный матрикс (ВКМ) и в соседние клетки, изменяя их внешнюю форму. Поскольку между цитоскелетом клетки, ее мембраной и трансмембранной связью существует внутреннее натяжение (самонатяжение/самонапряжение), то изменение натяжения внешнего ВКМ — за пределами клеточных мембран — ощущается клетками — внутри себя, внутри клеточных мембран! В свою очередь, такое ощущение измененного натяжения внутри клеток запускает в них перестройку структуры цитоскелета, приводя к изменениям как клеточной формы, так и клеточной функции (Ladoux & Nicolas, 2012; Piotrowski-Daspit et al., 2017). Эта способность внешних и внутренних механических сил изменять активность метаболических ферментов и их субстратов (включая ДНК) осуществляется посредством процесса, известного как механотрансдукция, в ходе которого механические воздействия преобразуются в химические адаптации/сигналы (Wang et al., 2009; DuFort et al., 2011). Соединяя внутреннее с внешним Мы не ожидаем, что большинство наших читателей назубок знают биохимическую и клеточную терминологию. Очевидно, что это сотни терминов, которые в полном объеме входят в лексикон только у профильных специалистов. Цель наших экскурсов в нюансы клеточной и молекулярной биологии достаточно проста и практична. Во-первых, показать даже самые тонкие уровни клеточной регуляции, которые мы привыкли считать исключительно биохимическими, то есть относящимися к уровню невидимого глазом, неразличимого наощупь (измеряется в микронах) и исключительно химического взаимодействия молекул, на самом деле напрямую зависят от внешних биомеханических факторов. Во-вторых, мы хотим проинформировать читателя о том, что современная наука наглядно доказала, что механические взаимодействия и факторы макроуровня — повседневного человеческого масштаба — на уровне метров, сантиметров и миллиметров, непосредственно передаются на самый скрытый и далекий от восприятия микроуровень — микро— и даже нанометров через каскад механических передатчиков. Именно поэтому мы предлагаем читателю обратить особое внимание на разделы этой главы, посвященные биомеханике взаимодействия между общеорганизменным внеклеточным матриксом (ВКМ) и отдельными группами и типами клеток. Как мы только что говорили, связь между общеорганизменным ВКМ и клетками — это доказанный факт.
Клетки ощущают механические адаптации ВКМ и реагируют на них, изменяя сначала свою внутреннюю биомеханику (цито-механику), а только затем уже подстраивая свою биохимию! Примечание редактора Это радикальное, революционное осознание, которое полностью меняет доминировавшую в XX веке биохимическую позицию: биохимия первична, а биомеханика — это так, вторичная адаптация. Именно из этой глубоко укорененной парадигмы и безотчетной веры в биохимию вытекали очень странные клинические решения, возникшие в XX веке и во многом не изменившиеся сегодня. Что, например, для излечения боли в спине — первично биомеханического феномена, который возникает в ответ на внешние механические воздействия макромасштаба (метров, сантиметров и миллиметров), вызывающие биомеханические тканевые отклики высоких производных транзиентности, можно всерьез рассматривать медикаментозные методы терапии (лекарства, мази и т. д.), то есть биохимические воздействия уровня микрометров. Понимание первичности биомеханических воздействий и вторичности биохимических адаптаций наглядно показывает не просто безнадежность и бесперспективность медикаментозного подхода к биомеханическим заболеваниям, но и его парадоксальность, и даже абсурдность. Давайте рассмотрим подробнее, какова биомеханика взаимодействия между общеорганизменным внеклеточным матриксом (ВКМ) — большой общеорганизменный масштаб, переходящий в региональные, локальные и малые масштабы расстояний и транзиентов (от секунд до микросекунд), и отдельными группами и типами клеток — сверхмалый масштаб расстояний и транзиентов (от миллисекунд до наносекунд). Интегрины — это самые настоящие трансмембранные тензометрические датчики, которые реагируют на изменения натяжения с обеих сторон мембраны — изнутри клетки, и извне клетки — во внеклеточном матриксе (ВКМ) (De Santis et al., 2011).