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将细胞置于压力之下

2019-02-19 14:55:40 • 来源：

当细胞分裂形成多细胞生物体中的组织和器官时，它们会移动到它们所属的位置，这是由科学家尚未观察或完全理解的一系列线索所知。传统上，这些集体运动已经在细胞类型之间的生物化学识别的背景下进行了研究。例如，蛋白质钙粘蛋白(在钙依赖性粘附中发现并命名)是负责细胞彼此识别能力的一种元素，其中各种类型的钙粘蛋白发生在生物体的不同位点。这些钙粘蛋白受体使相似的细胞能够相互结合，形成特定类型的组织; 例如，E-cadherin之所以如此命名，是因为它存在于上皮细胞中。

将细胞置于压力之下

“钙粘蛋白为细胞之间的”握手“提供了初始信号，但它们并不是连接的主要保持者，”加州圣巴巴拉教授和机械工程师Beth Pruitt说，他研究机械生物学并正在努力更好地理解细胞结合形成组织并在它们经历的正常负荷下保持其完整性。

了解驱动这种生物作用的化学 - 机械机制将更好地定位科学家开发治疗在识别过程中出现问题时出现的病症和疾病。这包括癌症转移，癌细胞失去了对“类似”细胞的依赖并从肿瘤中迁移出来的过程。或者有缺陷的发育或伤口愈合，其中类似细胞不能结合以构建或修复健康组织。

根据Pruitt的说法，这项研究也有助于开发用于创建实验室培养器官的系统。就体内细胞所经历的机械性质而言，具有合适的支架对于培养健康的功能细胞是至关重要的。

当细胞在发育或伤口愈合期间向目的地移动时滑过彼此时，它们施加剪切力。确切地说，这些局部面内剪切力如何在整个组织中扩散 - 在集体组织行为中是重要的 - 不被理解，部分是因为难以在组织内施加直接的局部剪切。

在eLife期刊上发表的一篇论文中，Pruitt和她在加州大学圣巴巴拉分校和斯坦福大学的共同作者描述了一种新设备，它允许他们将扰动引入系统，观察细胞反应行为并测量整体力量，提供新的见解。钙粘蛋白在细胞动力学中的作用。微制造装置沿着剪切平面(例如地震断层)将细胞拖过彼此，同时通过在实验期间充当内联力传感器的微制造弹簧测量总力。

研究人员的第一个问题是剪切力是否会导致细胞在发育或集体迁移过程中流过彼此。它没有，但细胞确实变形，表明剪切作为“扭伤”而不是撕裂。接下来的问题是在“受伤”之后会发生什么。答案是：剪切的细胞向所有其他细胞发出信号，表明发生了某些事情，他们都需要做出反应并适应它。

“我们发现这种中继依赖于通过E-钙粘蛋白结合和肌动蛋白收缩的正常细胞间相互作用的存在[后者对所有真核细胞的物理过程至关重要]，”Pruitt说。

她进一步解释说，未被剪切的单层细胞已经相互传递并且具有其他人观察到的自然振荡，但是这种振荡的机制和原因都不为人所知。在剪切的细胞单层中观察到的模式是迁移的自然振荡的放大变体。在这种集体行为中，细胞以“波动”来回“跳舞”朝向“伤害”，然后远离它，然后朝向它，然后离开，直到细胞在变形之前恢复其原始形状。

“通过观察这些振荡并测量整体力，正如内联弹簧所实现的那样，我们能够提出一种机械模型，其中包括用于模拟上皮细胞单层的机械信号存储和中继元件，”Pruitt解释说。“这一元素与细胞众所周知的粘弹性特性并行，可以解释我们观察到的集体行为。细胞可能会在剪切引起的力不平衡后利用这种行为来维持发育中组织内的张力稳态。”

研究人员表示，他们的研究结果，以及他们为研究机械生物学所创造的新设备，将使科学家能够提出关于其他类型的细胞如何在多细胞组织中感知和传递力 - 特别是剪切力的新问题。

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