整合复杂结构组织的改变生命的魔力在粘液模具中研究

日本的研究人员认为他们已经找到了一个基本的生物学问题的答案，即个体细胞如何知道在复杂的多细胞体内定位自己的方式。根据电池在较大结构中的用途，接触或扩散化学信号将其引导至其最终目的地。

从卵子和精子到完全成长的身体的旅程需要的不仅仅是乘法。植物，动物和人都是由数万亿个细胞组成，精心组织成更大的结构，如组织和器官。不知何故，每个细胞都知道它所属的位置 - 心脏的左侧，结肠的内层，等等 - 并且通常保持放置。

“当细胞在多细胞生物中定位时，几乎不可能剖析发生的事情，因为有太多的参与者：不同的细胞类型，细胞内的不同分子，细胞外的不同化学信号，细胞生长，程序性细胞死亡，”Satoshi教授说。来自东京大学的Sawai，生物物理专家，利用物理学原理来理解生命系统的领域。

粘泥模系统

粘液模具提供了一种更简单的系统来理解细胞定位。粘液霉菌是变形虫，但其大小和形状与人类白细胞相似，并且具有细胞动力学的基本方面，例如迁移和吞噬引起疾病的病原体。

粘菌Dictyostelium discoideum的单个细胞可以独立存在，在土壤中自由生活，食用细菌和真菌。当食物稀缺时，独立的粘液霉菌细胞聚集在一起并起到多细胞生物的作用。

当粘液霉菌细胞聚集在一起时，有时100个细胞，其他10,000个细胞，它们分化成两种不同的类型。

第一种类型的前茎细胞最终形成支持由第二种类型的孢子前细胞组成的球体的柱。研究人员将这个由两部分组成的结构称为子实体。当前孢子细胞最终在风中漂浮到更好的环境中时，前茎细胞将死亡，在那里它们可以作为独立的变形虫再次生长和分裂。

在丛中，在子实体成形之前，细胞附着形成长列并且旋转，浸没在它们分泌的化学信号中。在20世纪70年代首次发现，这种称为cAMP的扩散化学物质吸引细胞。

传统上，认为对cAMP信号的吸引程度将细胞分离成前茎和前孢子细胞。然而，最近的遗传实验表明，与粘附或细胞与细胞接触相关的分子也可能是重要的。

“ 粘液霉菌有什么好处，你可以从更大的结构中取出单个细胞，它们仍然可以通过模拟多细胞环境的相对简单的设置自然地表现，”Sawai说。

两种类型的信号

在他们的新实验中，研究人员从多细胞丛中取出细胞，并追踪个体细胞如何迁移以响应人工触摸和cAMP信号。

当细胞系形成时，前导细胞向cAMP方向移动。跟随细胞没有拉动，而是积极推动前导细胞前进。

“细胞 - 细胞接触激活细胞运动的过程。细胞是引擎，引导细胞是方向盘，总是指向化学信号的方向，”Sawai说。

研究人员还将单个前茎或前孢子细胞放置在涂有粘附分子的珠子上，该粘附分子似乎在细胞尾端起作用。附着的所有细胞都遵循细胞系中的珠子。研究人员随后将cAMP添加到实验中。前茎细胞释放珠子并朝向cAMP源移动。然而，前孢子细胞忽略了cAMP并且牢牢地保持在珠子上。

Sawai的研究小组证明，细胞之间的头对尾触摸可以指导它们的迁移，但是cAMP不知何故只能在pre-stalk细胞中覆盖这种接触。

“很多人认为你必须去火星寻找生命的基本规则。但是我们可以看看地球上生命之树的所有尚未开发的分支。粘液模具给我们提示看看是什么为了理解更复杂物种背后的机械逻辑，“Sawai说。

这一发现细胞 - 细胞接触对激活细胞运动和组织的重要性将为研究胚胎发育或乳腺癌扩散等事件中的细胞模式形成开辟新的可能性。

结果发表在“ 美国国家科学院院刊”上。

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