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活细胞显微镜揭示了引导细胞迁移的内力

2019-05-10 10:09:25 • 来源：

例如，细胞如何在身体的某个方向上移动 - 去伤口部位并修复它，或者追捕传染性细菌并杀死它?来自海洋生物实验室(MBL)的两项新研究表明，细胞在定向，获得牵引力和向特定方向迁移时如何对内力作出反应。这项研究始于MBL生理学课程的学生项目，由MBL惠特曼中心开发，发表在美国国家科学院院刊(PNAS)和本周的自然通讯杂志上。

活细胞显微镜揭示了引导细胞迁移的内力

这两篇论文都集中在整合素的激活上，整合素是一种蛋白质，它允许细胞附着在外部环境中，并对来自其他细胞的信号做出反应。整合素是跨膜蛋白：部分位于细胞表面，部分位于细胞内。使用在MBL发明的显微镜，作者表明，当整联蛋白从细胞表面展开并在细胞外结合时，它们同时在与细胞内的力相同的方向上排列(肌动蛋白逆行流)。

国家心肺血液研究所的惠特曼中心科学家克莱尔沃特曼说：“如果你认为细胞是一种汽车，那么肌动蛋白就是发动机。”“电池可以坐在那里，空转它的发动机。但是当积分器激活并在外部结合时，它们就像轮胎撞到路面上，提供摩擦力。发动机进入档位并且车辆移动。”

哈佛大学的Timothy Springer在20世纪80年代共同发现了整合素蛋白家族，并在很大程度上确定了它们的激活机制，班加罗尔国家生物科学中心的Satyajit市长是该项目的Waterman的主要合作者。

该团队使用由MBL副科学家Tomomi Tani和前职员科学家Shalin Mehta(现为Chan Zuckerberg Biohub)开发的荧光偏振光显微镜，以实时和高精度测量细胞表面上整合素的方向。

“用显微镜做到这一点非常了不起，”斯普林格说。“我不知道人们实际测量细胞表面分子方向的任何其他例子。”

在人类细胞上发现了24种不同类型的整联蛋白。PNAS论文研究成纤维细胞整合素，而Nature Communications论文分析白细胞整合素。

“我们研究的两种整合素与整合素家族的结构差异大致相同，”Springer说，但这两种类型的细胞在被激活后，都是在细胞内肌动蛋白流动的方向上定向的。

“这是非常漂亮的基础研究，”斯普林格说。“虽然我们对溶液中高纯度的整合素有很多了解，但这项研究为我们提供了关于它们在活细胞中活化状态的具体信息。”

当她与一群学生(包括Vinay Swaminathan和Pontus Nordenfelt)开展这项研究时，Waterman正在联合指导MBL生理学课程。课程结束后，该团队增加了成员，包括Joseph Mathew Kalappurakkal和Travis I. Moore，并继续在MBL惠特曼中心合作，得到了芝加哥大学和MBL的Lillie Research Innovation Award的支持。

MBL研究总监大卫马克韦尔奇说：“MBL以其能够通过其高级课程，常驻科学家和惠特曼中心之间的沟通，以深入的跨学科专业知识召集科学团队而闻名。“在这种情况下，具有不同技能的富有洞察力的科学家 - 细胞生物学家，显微镜开发人员，计算科学家，分子建模师，蛋白质化学家 - 协同作用，揭示了细胞迁移的根本重要驱动力。”

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