新機(jī)制闡明細(xì)胞如何遷移
與汽車類似,細(xì)胞需要轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),引導(dǎo)它們朝向某個(gè)目標(biāo)或方向。由HEO Won Do教授領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)知與社會(huì)中心(IBS基礎(chǔ)科學(xué)研究所)和KAIST的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵蛋白的功能,并闡明了細(xì)胞如何遷移。最近在PNAS上發(fā)表的這些發(fā)現(xiàn)提供了對(duì)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的更深入理解,并且可以使諸如癌癥,免疫學(xué)和神經(jīng)學(xué)研究等幾個(gè)生物學(xué)領(lǐng)域受益。
發(fā)育,組織修復(fù),免疫等需要細(xì)胞遷移。例如,在傷口的情況下,成纖維細(xì)胞(結(jié)締組織的主要細(xì)胞)需要向傷口爬行以便沉積賦予新組織結(jié)構(gòu)和支撐的分子。通過(guò)研究成纖維細(xì)胞的短途旅行,IBS科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種名為PLEKHG3(PI3K調(diào)節(jié)的RhoGEF)的蛋白質(zhì),其功能以前不清楚,在細(xì)胞遷移中起關(guān)鍵作用。。實(shí)際上,雖然汽車有方向盤和后齒輪來(lái)控制方向,但是在移動(dòng)之前,電池需要確定在任何給定時(shí)間哪個(gè)是前部和后部。這被稱為細(xì)胞極性,它通過(guò)在細(xì)胞的一側(cè)收集某些分子而獲得。一些分子主要在細(xì)胞前部需要,而另一些則集中在后部。一旦建立極性,前側(cè)向前移動(dòng),后側(cè)被拉上。IBS科學(xué)家誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞過(guò)量產(chǎn)生PLEKHG3,然后在成纖維細(xì)胞的前緣觀察到這種蛋白質(zhì)的積累,這有助于細(xì)胞向前移動(dòng)的速度是不會(huì)過(guò)度產(chǎn)生這種蛋白質(zhì)的成纖維細(xì)胞的兩倍。
移動(dòng)的成纖維細(xì)胞的外觀具有特征性的扇形形狀,其中較大的側(cè)面代表前緣。為了確認(rèn)細(xì)胞極性需要PLEKHG3,來(lái)自認(rèn)知和社會(huì)中心的科學(xué)家從一些成纖維細(xì)胞中去除了PLEKHG3并觀察他們的行為。缺乏PLEKHG3的細(xì)胞失去了扇形的形狀并且移動(dòng)得更慢。此外,使用先前由同一實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的稱為L(zhǎng)ARIAT的光遺傳學(xué)技術(shù),研究人員能夠使用光來(lái)控制PLEKHG3的功能。當(dāng)細(xì)胞被藍(lán)光照射時(shí),PLEKHG3蛋白與藍(lán)光受體結(jié)合在一起并停止發(fā)揮作用。移除此燈可使細(xì)胞恢復(fù)正常形狀和極性。此外,科學(xué)家還使用另一種光遺傳學(xué)工具來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)PLEKHG3的位置,并可以操縱它們的遷移方向。
細(xì)胞的前緣還包含由另一種蛋白質(zhì)組裝而成的細(xì)絲網(wǎng)絡(luò),這種蛋白質(zhì)對(duì)稱為肌動(dòng)蛋白的運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。研究人員發(fā)現(xiàn),PLEKHG3在30秒內(nèi)與新形成的肌動(dòng)蛋白絲結(jié)合,并激活其他促進(jìn)肌動(dòng)蛋白絲形成的蛋白質(zhì)。這些結(jié)合反過(guò)來(lái)促進(jìn)在細(xì)胞前緣募集更多PLEKHG3蛋白,以進(jìn)一步增強(qiáng)細(xì)胞極性和遷移。“通過(guò)直接結(jié)合細(xì)胞前端的肌動(dòng)蛋白絲,PLEKHG3是細(xì)胞運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)的核心,”Heo教授解釋道。“我們知道肌動(dòng)蛋白絲負(fù)責(zé)細(xì)胞運(yùn)動(dòng),并且有蛋白質(zhì)可以增強(qiáng)肌動(dòng)蛋白絲網(wǎng)絡(luò)的形成:現(xiàn)在我們?nèi)鄙龠@個(gè)鏈接!”
“PLEKHG3是獨(dú)一無(wú)二的,因?yàn)樗ㄟ^(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞極性促進(jìn)細(xì)胞遷移。因?yàn)镻LEKHG3對(duì)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)非常重要,我們希望繼續(xù)在其他類型的細(xì)胞中研究它,包括神經(jīng)元。我們預(yù)測(cè)這種蛋白質(zhì)可能在神經(jīng)元中發(fā)揮作用。學(xué)習(xí)和記憶過(guò)程中的可塑性,“Heo教授總結(jié)道。
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