理解蜂窩通信的語(yǔ)言

加州理工學(xué)院的一個(gè)科學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)胞用來(lái)相互溝通的分子代碼。據(jù)加州理工學(xué)院生物學(xué)和生物工程學(xué)教授，霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員Michael Elowitz的實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家稱，這種“語(yǔ)言”被認(rèn)為是許多類型的細(xì)胞通訊所共有的，并且對(duì)設(shè)計(jì)未來(lái)療法具有重要意義。這項(xiàng)工作在9月7日的Cell雜志上發(fā)表。

正如人類使用字母和單詞來(lái)創(chuàng)建信息一樣，細(xì)胞會(huì)將稱為配體的分子釋放到環(huán)境中，向鄰居發(fā)送信息 - 例如分化或擴(kuò)散的指令。配體與其他細(xì)胞表面的受體結(jié)合，這些受體解釋信息并觸發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)，將其傳遞給細(xì)胞內(nèi)部的正確分子。

作者研究了一種主要的溝通渠道，稱為骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)途徑，幾乎在所有組織中都有作用，是癌癥治療的靶點(diǎn)。該系統(tǒng)以各種組合使用許多不同的配體和受體。奇怪的是，該途徑中的配體和受體以許多不同的方式相互混合和匹配，似乎沒(méi)有任何理由。

“你可能認(rèn)為每種類型的配體只與一種類型的受體配對(duì)，但事實(shí)并非如此，”Elowitz說(shuō)。“相反，所有配體都與所有受體相互作用。這似乎是一個(gè)大混亂，與人們?cè)O(shè)計(jì)通信系統(tǒng)以保持每個(gè)通信通道分離的方式完全不同。所以我們想知道為什么細(xì)胞以這種方式進(jìn)行通信。”

為了弄清楚分子濫交有什么好處，研究小組在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造了不同的BMP配體混合物，并將它們添加到某些細(xì)胞中：乳腺細(xì)胞，胚胎干細(xì)胞和稱為成纖維細(xì)胞的結(jié)締組織細(xì)胞，均來(lái)自小鼠。令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞解碼來(lái)自配體組合的信息，而不是單個(gè)配體本身。

“有一天，我來(lái)到實(shí)驗(yàn)室并將兩個(gè)配體混合在一起，每個(gè)配體都非常強(qiáng)烈地激活細(xì)胞，”加州理工學(xué)院生物和生物工程博士后學(xué)者Yaron Antebi說(shuō)。“但是當(dāng)我第二天檢查細(xì)胞時(shí)，根本沒(méi)有任何反應(yīng)。這導(dǎo)致我們推測(cè)細(xì)胞不是在聽(tīng)單個(gè)配體，而是聽(tīng)配體的組合。這是有意義的組合。不同的組合配體編碼不同的細(xì)胞指令。“

該小組還觀察到，不同類型的細(xì)胞可以通過(guò)執(zhí)行不同的計(jì)算從相同的配體組合中提取不同的信息- 一個(gè)細(xì)胞可以添加兩個(gè)配體的濃度以接收信息，而另一個(gè)可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)配體的比例以解碼另一個(gè)信息。“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這些配體中不僅有一種信息編碼，”Elowitz實(shí)驗(yàn)室的研究科學(xué)家James Linton說(shuō)。“不同的細(xì)胞可以從相同的分子中提取不同的信息，例如增殖或分化的指令。”

該小組發(fā)現(xiàn)，使用相同分子編碼多個(gè)信息的這種能力的產(chǎn)生是因?yàn)椴煌募?xì)胞類型在其表面上表達(dá)不同的受體組合。

該通信系統(tǒng)的一個(gè)特征是小區(qū)能夠?qū)⑾ぶ返教囟ㄐ^(qū)類型。“這有點(diǎn)像在一個(gè)擁擠的房間里，每個(gè)人都在說(shuō)話，有人想引起你的注意，所以他們大喊你的名字，”Elowitz說(shuō)。“其他人可能會(huì)自動(dòng)忽略它，但你要注意;你是那個(gè)消息的目標(biāo)。”

“這種通信選擇性非常有用，”Antebi補(bǔ)充道。“你可以想象，如果你骨折了，你只需要受損區(qū)域的骨細(xì)胞擴(kuò)散并重建受損區(qū)域，而不是周圍的所有細(xì)胞。”

這些發(fā)現(xiàn)為理解信息如何在分子間分布提供了基礎(chǔ)。雖然該研究處于早期階段，但是對(duì)細(xì)胞通訊的更好理解可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)出可以針對(duì)腫瘤或特定細(xì)胞類型而不影響任何其他細(xì)胞的生物藥物。

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