《自然》:白细胞以细胞核为标尺,找到阻力最小的路径

向白细胞学习打游戏,它是如何在迷宫中到达目的地的

【字体: 时间:2019年04月04日 来源:生物通

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  移动细胞,比如白细胞或转移性癌细胞是如何能在免疫监控和癌症传播期间到达它们的目的地的呢?

  

生物通报道:移动细胞,比如白细胞或转移性癌细胞是如何能在免疫监控和癌症传播期间到达它们的目的地的呢?

来自奥地利科学技术研究所的Michael Sixt研究小组提出了最新观点——白细胞利用它们的细胞核作为标尺,筛选周围环境,从而找到阻力最小的路径。

这一研究成果公布在Nature杂志上。

一些细胞需要不断地爬行,到达其作用位置。例如,人体内的所有白细胞(免疫系统)在人体内的爬行距离大约每小时超过100,000公里。在这些迁移细胞的旅程中,必须挤过其它细胞和细胞外基质的三维迷宫,才能找到自己的位置。还有一些间充质细胞,如成纤维细胞,是通过消化它们遇到的组织向前移动的,会留下隧道,作为破坏的痕迹。

而白细胞运动方式类似变形虫,但速度要快很多,而且它们不会消化或改造它们经过的环境(如果它们这样做,每天需要穿过超过200万公里的隧道!)。这些极快的细胞如何通过间质结缔组织纤维的密集网络,而不伤害其它细胞的呢?这个问题对细胞生物学家来说非常重要。

Michael Sixt教授和他的团队围绕这个问题展开了研究,发现了白细胞在复杂环境中航行时,如何找到阻力最小的路径的奥秘。

测量孔径,白细胞全速前进

为了理解这种选择性细胞运动背后的机制,研究人员建立了一个障碍过程,细胞可以在不同大小的孔之间进行选择,同时遵循导航系统(global directional cues),如趋化性梯度。结果他们发现,每当细胞进行选择时,它们可以选到阻力最小的路径。

这是如何实现的呢?研究人员进一步测试,他们发现细胞是将细胞核推向前方,利用这种主动定向运动前进的,也就是说当细胞向前移动时,它利用细胞骨架力将其细胞核插入到几个相邻的孔中测量孔径。

Michael Sixt说:“驱动细胞的细胞器通常是肌动蛋白丰富的前端部位,但是出乎意料的是,我们发现这不是决定白细胞通路的原因。而是细胞核引导细胞通过更大的孔径。这能说得通,因为细胞核是细胞中最笨重的部分,对损伤也很敏感。”

微管确保细胞通过毛孔时不会碎裂

那什么能保护细胞不会受损呢?研究人员观察到每当细胞成功地将细胞核推入孔径中时,它们就必须缩回仍然插到其他孔径中的无核突起,避免缠结或甚至碎裂。为了通告这些部位缩回,微管组织中心会做出改变,它们总是跟随细胞核通过孔径,从其它部位消失,这种消失引发肌动蛋白收缩,细胞最终缩回到正确的路径上。

当研究人员破坏了微管时,由于多余的突起没有缩回,细胞就会纠缠在一起,向多个方向迁移。最终,细胞破碎成碎片而死亡。

“我们的研究结果是基于对白细胞的分析。不过我们认为,发育,免疫或再生过程中涉及的任何其他变形虫细胞类型的机制是相同的。此外,该机制可能有助于解释癌细胞如何从身体的一个部分形成转移,最重要的是,我们能如何阻止它们这样做,“Michael Sixt总结道。

(生物通:万纹)


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