细胞如何物以类聚？Toll-1蛋白在细胞粘附中起作用

　　

日本东北大学（Tohoku University）的研究人员近日首次提出了实验证据，表明细胞粘性有助于它们在发育过程中保持正确的分组。Toll-1这种在免疫系统起作用的蛋白质似乎促进了细胞粘附的过程。这项成果发表在《Nature Communications》杂志上。

长期以来，科学家观察到尚未特化的细胞会以一种特别的方式移动，以确保形成特定组织的细胞群体聚集在一起。1964年，美国生物学家Malcolm Steinberg提出，具有相似粘附特征的细胞会相互接触，以便最大程度减少能量消耗，形成热力学上稳定的结构。这被称为差异粘附假说（differential adhesion hypothesis）。

东北大学的Erina Kuranaga表示：“许多理论上的成果都强调了细胞间粘附对于分隔细胞群体并维持其边界的重要性，但这一假说尚未在活体动物的上皮组织中得到证实。我们的研究首次表明，细胞排序受到粘附变化的调控。”

Kuranaga是这篇文章的通讯作者之一。她及其团队在果蝇蛹上开展实验，发现Toll-1基因在细胞粘附过程中发挥重要作用。在果蝇的胚胎发生过程中，Toll家族受体基因以平行于区室边界的条纹形式表达，但具体作用仍不清楚。

随着果蝇从不成熟的幼虫发育到成熟的成虫，上皮的成组织细胞（histoblasts）聚集在腹部形成多个体节。每个体节含有一个前区室（A）和一个后区室（P）。每个区室中的细胞形成离散的细胞群，因此它们需要粘附在一起，并在各个群体之间形成明显的边界。

利用荧光标记，Kuranaga及其同事观察到Toll-1蛋白主要在后区室中表达（下图）。荧光信号还显示出两个区室之间的清晰边界。

进一步的研究发现，Toll-1发挥粘附分子的作用，鼓励相似的细胞粘附在一起。此过程让两个区室之间的边界线保持笔直，校正了因细胞数量增加而引起的变形。

有趣的是，Toll蛋白一直以识别入侵的病原体而闻名，对于它在免疫系统之外的工作，人们了解得不多。Kuranaga表示：“这项工作增进了人们对Toll蛋白的非免疫功能的了解。”下一步，研究人员打算研究其他Toll基因在果蝇上皮细胞中的作用。（生物通 薄荷）

原文检索

Iijima, N., Sato, K., Kuranaga, E. et al. Differential cell adhesion implemented by Drosophila Toll corrects local distortions of the anterior-posterior compartment boundary. Nat Commun 11, 6320 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-20118-y