Cell挑战科学教条，揭示细胞迁移新机制

　　

生物通报道  雪橇犬和细胞团有什么共同之处？加州大学圣塔芭芭拉分校的一项研究表明，它们都以群体的方式活动，需要一名领导者来确保它们都沿着相同的方向行进（延伸阅读：Nature：细胞迁移，离去除痕）。

分子细胞和发育生物学系教授Denise J. Montell和同事们，针对一种存在于全身上皮细胞中的蛋白E-cadherin展开了三项独立的研究。研究人员利用果蝇卵巢揭示了E-cadherin在集体细胞迁移中所起的作用。他们的研究结果报告在5月22日的《细胞》（Cell）杂志上。

根据传统的科学教条，E-cadherin发挥像砖块之间的灰泥一样的作用，使细胞结合在一起，阻止细胞运动。Montell研究小组则发现情况恰恰相反：Cadherin实际上促进了细胞的运动和迁移能力。Montell 说：“它在细胞的三个不同部位以三种不同的方式做到这一点。在细胞的每个位点，cadherin都在做不同的事情，所有这些功能一同协调了细胞的运动。”

Montell小组采用三种独立的方法力图了解E-cadherin介导的这些细胞迁移，最终归结为一个观点：其领导了细胞运动。“这种运动与肿瘤细胞迁移时所做之事相似。它是不同组织正常发育的一个组成部分，”Montell说。

一名研究人员研究了领导细胞和跟随细胞之间的相互作用；他们以雪橇狗作为类比，E-caderin将领导细胞与群体中其他的细胞栓在一起，就像领头的雪橇犬引导它的团队一样，领导细胞将其他细胞拉向正确的方向。

虽然E-cadherin分布于整个细胞团，E-cadherin强作用力决定了领导细胞向着运动方向伸出突起，领导细胞可与侧面和后面的细胞沟通，阻止它们伸出突起。这样确立了整个细胞群的前后。

论文的主要作者、Denise Montell实验室研究生蔡丹凤（Danfeng Cai，音译），抑制了不同细胞类型中cadherin，通过拍摄迁移细胞的影像分析了可见的引导缺陷。当细胞缺失E-cadherin时，它们不能够作为一个有组织的团体进行迁移，它们的运动方向随机且无规律。

研究小组的另一位成员设计出了一种机械张力光学传感器，将它插入到cadherin蛋白中。这使得能够测量E-cadherin分子上的力。结果表明，尽管这一蛋白均匀分布，前面的分子力更强。“可以在活细胞中进行这种测量，这非常了不起，”Montell说。

除阐明了E-cadherin在细胞迁移中的作用，这篇文章还介绍了该研究小组利用来探测和分析活体组织中E-cadherin的一些新实验工具，第一种是机械张力光学传感器。研究人员发现植入这种传感器的E-cadherin分子具有完整的功能。这使得他们能够生成只具有携带光学传感器的E-cadherin分子的转基因果蝇。

Montell 说：“这一体内张力传感器可能彻底改变力图阐明形态发生过程中生物信号与机械力相互影响的研究领域。相比于其他测量组织中机械力的方法，例如激光切割，这是一种非干扰性的方法。”

Montell研究小组开发和首次报告的第二种工具是形态动力学分析（morphodynamic profiling）。这种定量的方法使得研究人员能够随时间比较不同基因型之间变化的细胞形态。

细胞运动成像的数据通过数学方法转换为图形，显示出不同的时间点细胞伸出突起和缩回的速率。对26个参数进行分析表明，被认为引导了细胞运动的E-cadherin和趋化因子受体在统计学上有一些相同的表型，表明E-cadherin和经典引导受体以相同的信号通路发挥功能。

Montell说：“E-cadherin实行了多重任务。所有这些共同作用协调了这些细胞共同感知方向的能力。我们的研究工作证实三种完全不同的方法都显示出相同的结果。尽管E-cadherin在不同的亚细胞位点发挥不同的功能，它似乎推动了集体细胞迁移，这是这一得到广泛研究的分子一种全新的作用。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Mechanical Feedback through E-Cadherin Promotes Direction Sensing during Collective Cell Migration

E-cadherin is a major homophilic cell-cell adhesion molecule that inhibits motility of individual cells on matrix. However, its contribution to migration of cells through cell-rich tissues is less clear. We developed an in vivo sensor of mechanical tension across E-cadherin molecules, which we combined with cell-type-specific RNAi, photoactivatable Rac, and morphodynamic profiling, to interrogate how E-cadherin contributes to collective migration of cells between other cells. Using the Drosophila ovary as a model, we found that adhesion between border cells and their substrate, the nurse cells, functions in a positive feedback loop with Rac and actin assembly to stabilize forward-directed protrusion and directionally persistent movement. Adhesion between individual border cells communicates direction from the lead cell to the followers. Adhesion between motile cells and polar cells holds the cluster together and polarizes each individual cell. Thus, E-cadherin is an integral component of the guidance mechanisms that orchestrate collective chemotaxis in vivo.