空間致癌突變細(xì)胞與正常細(xì)胞的競爭
多細(xì)胞組織中的細(xì)胞彼此粘附。腸和皮膚表面層上的上皮組織形成六邊形(蜂窩狀)圖案,細(xì)胞緊密粘附在與它們相鄰的六個(gè)細(xì)胞上(圖1)。整個(gè)組織可以表示為網(wǎng)絡(luò),并且通過保持該基本粘附網(wǎng)絡(luò)完整來維持身體功能。
在腫瘤進(jìn)展的初始階段,致癌突變細(xì)胞(癌前細(xì)胞)和正常細(xì)胞在正常組織的粘附網(wǎng)絡(luò)中競爭空間。然而,尚未了解致癌突變細(xì)胞如何選擇性地占據(jù)空間。據(jù)認(rèn)為,致癌突變細(xì)胞通過細(xì)胞分裂比正常細(xì)胞更快地繁殖,但這未得到證實(shí)。
由大阪大學(xué)的Koichi Fujimoto領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的預(yù)測,分析了正常多細(xì)胞組織中存在的致癌突變細(xì)胞的狀態(tài)。
與預(yù)期相反,只有致癌突變細(xì)胞在正常細(xì)胞死亡后選擇性擴(kuò)增其區(qū)域而不進(jìn)行細(xì)胞分裂,占據(jù)細(xì)胞凋亡所損失的空間(圖2)。此外,致癌細(xì)胞通過重排蜂窩狀包裝模式而擴(kuò)增,有利于致癌突變細(xì)胞的擴(kuò)增。在重復(fù)去除正常細(xì)胞和重新排列相鄰細(xì)胞后,由數(shù)百個(gè)細(xì)胞組成的組織在幾小時(shí)內(nèi)變成致癌突變細(xì)胞(圖3)。這些結(jié)果發(fā)表在Current Biology上。
主要作者Alice Tsuboi說:“在本研究中使用的模擬中,建模是基于多細(xì)胞組織細(xì)胞和肥皂泡(多邊形)之間的形狀類比而開發(fā)的。細(xì)胞和氣泡由不同的分子組成,但它們具有生產(chǎn)能力。物理特性,如表面張力。通過將生物學(xué)知識(shí)融入模擬,我們能夠預(yù)測新的現(xiàn)象和機(jī)制。“
該小組的成就將促進(jìn)對(duì)腫瘤進(jìn)展的初始階段的理解,其中致癌突變細(xì)胞擴(kuò)散到正常組織并導(dǎo)致癌癥。此外,通過計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的基于預(yù)測的多細(xì)胞組織的研究將得到廣泛應(yīng)用,從生物體的正常發(fā)育到疾病的發(fā)展。
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