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科学家操纵'信号'分子来控制细胞迁移

2019-06-13 09:22:20 • 来源：

约翰斯·霍普金斯大学的研究人员报告说，他们已经发现变形虫中的一种机制，通过重置对驱动这种运动的自然发生的内部信号事件的敏感性，迅速改变细胞迁移的方式。3月28日在线发表在“自然细胞生物学”杂志上的一份报告中描述的这一发现表明，细胞的迁移行为可能不像以前认为的那样“硬连线”，研究人员说，并提出了寻找操纵方法的未来可能性。控制一些致命的细胞迁移形式，包括癌症转移。

科学家操纵

“在体内不同的组织中，细胞根据其遗传特征和环境采用不同的迁移方式，”约翰霍普金斯大学医学院研究生，研究的主要作者Yuchuan Miao说。“这使他们能够更好地执行特定任务。”例如，白细胞有节奏地延伸小突起，允许它们挤过血管，而皮肤细胞滑动，如移动“粉丝”，以关闭伤口。

另一方面，苗说，不受控制的细胞迁移导致疾病，包括癌症和动脉粥样硬化，这两种疾病在美国是主要的致死原因。肿瘤细胞迁移到体内远处或转移，是大多数癌症患者死亡的原因，有缺陷的白细胞迁移导致动脉粥样硬化和炎症性疾病，如关节炎，影响5400万美国人，每年花费超过1250亿美元在医疗支出和收入损失。

根据资深作者Peter Devreotes博士的说法，由于细胞以不同的方式迁移，许多已经设计用于预防迁移的药物只能在狭窄的范围内工作，而且很少能够轻微有效，这有助于寻找控制迁移开关和治疗迁移相关疾病的新策略。 .D。，约翰霍普金斯大学医学院基础生物医学研究所细胞生物学系教授兼主任。

Devreotes补充说：“人们一直认为细胞是通过它们的外观和迁移方式进行打字的;我们的工作表明我们可以在几分钟内改变细胞的迁移模式。”

对于这项新研究，Devreotes和他的团队专注于化学信号分子如何激活运动机械以产生突起，细胞“脚”是迁移的第一步。为此，他们设计了一种盘基网柄菌(Dictyostelium discoideum)菌株，这种变形虫可以类似于白细胞的方式自我移动。工程化的变形虫通过将酶Inp54p快速移动到细胞表面而对化学雷帕霉素起反应，其中它破坏了信号传导网络。这些细胞还含有荧光蛋白或“标记物”，它们点亮并显示研究人员何时何地发挥信号分子的作用。

实验表明，工程细胞在Inp54p募集的几分钟内改变了它们的迁移行为。研究人员称之为“振荡器”的一些细胞首先在细胞边缘周围伸出突起，然后突然将它们拉回来，在重复循环之前短时间内移动。荧光标记显示这些周期对应于完全激活和失活的交替周期，与正常细胞中观察到的小突发活动相反。

其他细胞开始作为“粉丝”滑行，具有以持续信号传导活动为特征的广阔突起区域。

Devreotes将细胞表面的信号传导行为描述为一系列激活的信号分子波，它们在细胞运动机制扩散时打开它们。在它们的正常状态下，细胞自发地发起信号传导事件以形成产生小突起的短寿命波。

相反，振荡器具有更快的信号波，其在到达之前到达整个细胞边界以产生突起。风扇也显示出扩展的波浪，不断地激活细胞前部而不会到达细胞后部，从而产生宽而持久的突起。

科学家表示他们的实验表明他们看到的细胞运动变化是由于降低形成波所需的信号活动的阈值水平所致。也就是说，具有较低阈值的单元更可能产生波，并且一旦启动，激活信号随着每个步骤进一步扩展。

Devreotes表示，该团队的实验结果提供了似乎是信号分子波驱动迁移行为的第一个直接证据。以前，他的实验室显示了信号和迁移之间的联系，但没有专门检查波。

在进一步的实验中，Devreotes和他的团队发现他们可以招募不同的蛋白质来改变细胞运动性，他说，改变阈值是一种可以改变行为的一般细胞特性 - 无论细胞如何迁移。他的团队还能够通过阻断各种信号传导活动来恢复粉丝和振荡器的正常运动，为可以设计用于控制迁移的药物提出新的目标。

Devreotes警告说，变形虫中发生的事情可能与人类细胞中没有确切的对应物，但他实验室的研究表明，他们发现的波信号机制之类的东西也在人体细胞中起作用。

苗说，最重要的是“我们现在知道我们可以改变信号波的行为来控制细胞突起的类型。当细胞有不同的突起时，它们有不同的迁移模式。当我们了解细胞之间的本质区别时“迁移模式，我们应该有更好的方法来控制疾病状况。”

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