李戎研究组：移动的细胞

细胞运动向前伸出丝状伪足(Filopodia)和板状伪足(Lamellipodia)——这是通过肌动蛋白微丝的分支网络，或者捆绑支持的细胞质片状或者棍状形成的结构。来自斯托瓦斯医学研究所的研究人员近期发现缺乏功能性伪足的细胞仍然能高效运动，但是却不能再按照轨道来运动了。这一研究成果公布在the Journal of Cell Biology在线版上。

　　

生物通报道：细胞运动向前伸出丝状伪足(Filopodia)和板状伪足(Lamellipodia)——这是通过肌动蛋白微丝的分支网络，或者捆绑支持的细胞质片状或者棍状形成的结构。来自斯托瓦斯医学研究所的研究人员近期发表了题为“The Arp2/3 complex is required for lamellipodia extension and directional fibroblast cell migration”的文章，发现缺乏功能性伪足的细胞仍然能高效运动，但是却不能再按照轨道来运动了。这一研究成果公布在the Journal of Cell Biology在线版上。

领导这一研究的是斯托瓦斯医学研究所的李戎教授，这位华裔女科学家的教育背景几乎都是在数一数二的高校中完成：1988年毕业于耶鲁大学，1992年加州大学旧金山分校获得博士学位，之后到加州大学伯克利分校进行博士后研究，1994年进入哈佛医学院。其研究组主要聚焦于细胞动态的研究，曾发表多篇重要的成果，生物通也曾对其进行过采访：李戎研究组：我们研究的是细胞“动态”。

对于这一最新成果，她表示，“这项工作证明一种称为Arp2/3复合物的肌动蛋白聚合因子，在肌动蛋白纤维树突状排列形成方面扮演了重要角色，而后者构成了板状伪足的结构骨架，并且有助于推动细胞向前移动。”

许多细胞类型都能在组织周围运动，比如神经细胞能迁移到最终目的地，免疫细胞则伺机捕获侵入的病原体，成纤维细胞能被召入到伤口处，还有癌细胞能从原发肿瘤处侵袭到其它部位。这些细胞都是通过不断修改肌动蛋白骨架，利用肌动蛋白纤维向前推进。

这篇文章发现了Arp2/3复合物在其中扮演的关键角色，这是一个包含7个次单元的蛋白质，专门调控肌动蛋白细胞骨架。其中Arp2与Arp3属于肌动蛋白相关蛋白（Actin-Related Proteins），能对微丝进行核化（nucleation）。整个复合体则能够与微丝结合，并且使促使新的微丝生成。

当存在纯肌动蛋白聚合物时，延伸主要倾向于核化，形成长细纤维，定位在伪足上的Arp2/3复合物能帮助构建肌动蛋白纤维网络，通过启动分支过程形成伪足。“但是目前还不清楚是否Arp2/3复合物对于伪足形成是否是必需的，以及这一复合物如何影响细胞运动的机理”，李教授说。

研究人员采用了与之前不同的实验方法——之前多采用RNA干扰技术，来减少Arp2/3复合物浓度进行分析，但这得到了相互矛盾的结论，李戎教授与她的同事则对Arp2/3复合物进行遗传干扰，分析成纤维细胞运动中Arp2/3复合物的功能。

这项研究首次利用敲除小鼠，以及分化小鼠胚胎干细胞来分析Arp2/3复合物在成纤维细胞运动中的功能。

李戎研究组曾多次获得细胞运动研究的新成果，比如今年他们发表文章，发现了酵母中的一种酶能开启一种特殊机制，推动磷脂（phospholipids）分子从细胞外翻转到细胞内来，而且研究人员发现这种精细复杂的机制不仅仅存在于酵母中，哺乳动物也存在。这就为探索细胞极性发生的机制打开了新的一扇窗，也将有助于解析肝脏细胞如何产生极性，以及在疾病中的作用机制。

这项研究提出了解析这一过程的一个重要机制，细胞膜内的一种分子——Cdc42扮演了重要的调控作用，在一个非极性细胞中，Cdc42随机的分布在细胞膜上和细胞内，而当被激活的时候，这一分子就会刺激细胞骨架微丝的形成，从而引导自由悬浮的Cdc42聚集到细胞膜上Cdc42所在之处。细胞膜上某些部分的Cdc42就比其它地方更多了，微丝就能开启这一过程，最终细胞会在Cdc42高浓度处进行出芽。（生物通：张迪）

原文摘要：

The Arp2/3 complex is required for lamellipodia extension and directional fibroblast cell migration

The Arp2/3 complex nucleates the formation of the dendritic actin network at the leading edge of motile cells, but it is still unclear if the Arp2/3 complex plays a critical role in lamellipodia protrusion and cell motility. Here, we differentiated motile fibroblast cells from isogenic mouse embryonic stem cells with or without disruption of the ARPC3 gene, which encodes the p21 subunit of the Arp2/3 complex. ARPC3−/− fibroblasts were unable to extend lamellipodia but generated dynamic leading edges composed primarily of filopodia-like protrusions, with formin proteins (mDia1 and mDia2) concentrated near their tips. The speed of cell migration, as well as the rates of leading edge protrusion and retraction, were comparable between genotypes; however, ARPC3−/− cells exhibited a strong defect in persistent directional migration. This deficiency correlated with a lack of coordination of the protrusive activities at the leading edge of ARPC3−/− fibroblasts. These results provide insights into the Arp2/3 complex’s critical role in lamellipodia extension and directional fibroblast migration.