分子抑制使細(xì)胞在移動(dòng)中

大阪大學(xué)的研究人員展示了兩種分子的相互抑制如何導(dǎo)致它們?cè)诩?xì)胞的兩端定位，作為在一個(gè)細(xì)胞末端形成附肢的觸發(fā)因素，使得定向細(xì)胞運(yùn)動(dòng)成為可能。為了應(yīng)對(duì)環(huán)境的變化，個(gè)體細(xì)胞，包括一些構(gòu)成復(fù)雜生物的細(xì)胞，需要移動(dòng)。這可以通過(guò)使用稱為偽足的投影來(lái)推動(dòng)自己來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管該系統(tǒng)存在于許多不同物種中，但是控制它并使細(xì)胞在特定方向上移動(dòng)的機(jī)制尚未完全闡明。

在最近發(fā)表在“ 自然通訊 ”雜志上的研究中，大阪大學(xué)的研究人員揭示了一種被稱為粘液霉菌的生物細(xì)胞如何在其外膜中建立兩個(gè)分子的極化分布。這兩種分子僅在細(xì)胞的不同末端定位導(dǎo)致僅在一個(gè)細(xì)胞末端形成假形成的機(jī)器。這確保了來(lái)自偽足的單向力用于推進(jìn)細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)定向細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。

研究人員使用了許多單細(xì)胞和單分子實(shí)驗(yàn)方法來(lái)分析粘液中的PIP3和PTEN分子，并確定它們的極化分布是如何產(chǎn)生的。首先，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)PTEN不存在于細(xì)胞中時(shí)，PIP3分布在整個(gè)細(xì)胞膜上，導(dǎo)致產(chǎn)生多個(gè)偽足。這反過(guò)來(lái)又阻止了細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。他們還量化了PIP3和PTEN的水平及其特定的細(xì)胞分布，并表明它們完全分布在膜上的不同區(qū)域，它們之間有明確的邊界。

“我們的研究結(jié)果表明，PTEN和PIP3在細(xì)胞中起著超敏感的作用，”作者M(jìn)asahiro Ueda說(shuō)。“PTEN和PIP3的存在意味著它們相互抑制，阻止細(xì)胞在不同的末端形成偽足。這是一種非常有效的方法，可以保證細(xì)胞只在一個(gè)方向產(chǎn)生推進(jìn)力，避免浪費(fèi)能量。”

鑒于PTEN和PIP3似乎在從粘液菌到哺乳動(dòng)物的一系列生物體中發(fā)揮相似的功能，這些發(fā)現(xiàn)可以解釋許多物種的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性。具有兩個(gè)相互抑制分子的正反饋回路的設(shè)置也可以在其他信號(hào)傳導(dǎo)途徑中起作用，考慮到其實(shí)現(xiàn)不同狀態(tài)之間的超靈敏切換的效率。

“我們的工作也暗示了這個(gè)系統(tǒng)如何起到促進(jìn)細(xì)胞活力的作用，”主要作者Satomi Matsuoka說(shuō)。“例如，當(dāng)化學(xué)趨勢(shì)以特定的濃度梯度存在時(shí)，它會(huì)使細(xì)胞膜中富含PIP3的區(qū)域相對(duì)于該梯度定向自身，從而在梯度方向上產(chǎn)生推進(jìn)力。這樣，細(xì)胞被自動(dòng)誘導(dǎo)向環(huán)境中的刺激物和有毒化學(xué)物質(zhì)移動(dòng)或遠(yuǎn)離它們。“

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