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Nature最新發現:白細胞以細胞核為標尺,找到阻力最小的路徑

來自奧地利科學技術研究所的Michael Sixt研究小組提出了最新觀點——白細胞利用它們的細胞核作為標尺,篩選周圍環境,從而找到阻力最小的路徑。

這一研究成果公布在Nature雜志上,標題為Nuclear positioning facilitates amoeboid migration along the path of least resistance”。

一些細胞需要不斷地爬行,到達其作用位置。例如,人體內的所有白細胞(免疫系統)在人體內的爬行距離大約每小時超過100,000公里。在這些遷移細胞的旅程中,必須擠過其它細胞和細胞外基質的三維迷宮,才能找到自己的位置。還有一些間充質細胞,如成纖維細胞,是通過消化它們遇到的組織向前移動的,會留下隧道,作為破壞的痕跡。

而白細胞運動方式類似變形蟲,但速度要快很多,而且它們不會消化或改造它們經過的環境(如果它們這樣做,每天需要穿過超過200萬公里的隧道!)。這些極快的細胞如何通過間質結締組織纖維的密集網絡,而不傷害其它細胞的呢?這個問題對細胞生物學家來說非常重要。

Michael Sixt教授和他的團隊圍繞這個問題展開了研究,發現了白細胞在復雜環境中航行時,如何找到阻力最小的路徑的奧秘。

測量孔徑,白細胞全速前進

為了理解這種選擇性細胞運動背后的機制,研究人員建立了一個障礙過程,細胞可以在不同大小的孔之間進行選擇,同時遵循導航系統(global directional cues),如趨化性梯度。結果他們發現,每當細胞進行選擇時,它們可以選到阻力最小的路徑。

這是如何實現的呢?研究人員進一步測試,他們發現細胞是將細胞核推向前方,利用這種主動定向運動前進的,也就是說當細胞向前移動時,它利用細胞骨架力將其細胞核插入到幾個相鄰的孔中測量孔徑。

Michael Sixt說:“驅動細胞的細胞器通常是肌動蛋白豐富的前端部位,但是出乎意料的是,我們發現這不是決定白細胞通路的原因。而是細胞核引導細胞通過更大的孔徑。這能說得通,因為細胞核是細胞中最笨重的部分,對損傷也很敏感。”

微管確保細胞通過毛孔時不會碎裂

那什么能保護細胞不會受損呢?研究人員觀察到每當細胞成功地將細胞核推入孔徑中時,它們就必須縮回仍然插到其他孔徑中的無核突起,避免纏結或甚至碎裂。為了通告這些部位縮回,微管組織中心會做出改變,它們總是跟隨細胞核通過孔徑,從其它部位消失,這種消失引發肌動蛋白收縮,細胞最終縮回到正確的路徑上。

當研究人員破壞了微管時,由于多余的突起沒有縮回,細胞就會糾纏在一起,向多個方向遷移。最終,細胞破碎成碎片而死亡。

“我們的研究結果是基于對白細胞的分析。不過我們認為,發育,免疫或再生過程中涉及的任何其他變形蟲細胞類型的機制是相同的。此外,該機制可能有助于解釋癌細胞如何從身體的一個部分形成轉移,最重要的是,我們能如何阻止它們這樣做,“Michael Sixt總結道。 (本文來自生物通)

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