來(lái)自新加坡國(guó)立大學(xué)新加坡力學(xué)生物學(xué)研究所(MBI)的研究人員發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)上皮細(xì)胞從垂直單層細(xì)胞擠出的主要機(jī)制。這項(xiàng)工作于2017年4月13日在Nature上發(fā)表。

細(xì)胞的錯(cuò)位預(yù)測(cè)細(xì)胞死亡和上皮組織中的去除

從組織中去除細(xì)胞定期發(fā)生。不僅去除了受損或垂死的細(xì)胞，而且細(xì)胞擠出過(guò)程可以防止區(qū)域過(guò)度擁擠。這不僅在組織和器官形成的發(fā)育過(guò)程中，而且在腫瘤不受控制地生長(zhǎng)的疾病如癌癥中尤為重要。盡管細(xì)胞擠出在發(fā)育和衰老中的重要性，以及癌癥進(jìn)展中的病理學(xué)重要性，但是標(biāo)記細(xì)胞去除的提示卻知之甚少。

現(xiàn)在，通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的單層上皮細(xì)胞，來(lái)自牛津大學(xué)和居里研究所的研究人員與MBI和Institut Jacques Monod，國(guó)家科學(xué)研究中心(CNRS)和巴黎狄德羅大學(xué)的科學(xué)家們一起研究發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞死亡和去除的主要因素依賴(lài)于周?chē)?xì)胞層中細(xì)胞的物理排列。特別是，上皮層細(xì)胞模式中缺陷的出現(xiàn)促進(jìn)細(xì)胞死亡和從組織中消除。

在自然界中有幾個(gè)例子，其中分子或細(xì)胞類(lèi)型以限定的方式排列。細(xì)菌菌落，脂肪分子，甚至細(xì)胞的內(nèi)部成分，只是幾個(gè)例子。另一個(gè)眾所周知的例子對(duì)應(yīng)于液晶，固體和液體之間的物質(zhì)狀態(tài)，其可以由棒狀分子組成。在某些條件下，當(dāng)通過(guò)電場(chǎng)，磁場(chǎng)或溫度改變時(shí)，這些分子可以沿優(yōu)先取向排列。這種現(xiàn)象特別是眾所周知的，因?yàn)樗挥糜谥T如液晶顯示器的技術(shù)中。在這種情況下，液晶的光學(xué)性質(zhì)由它們的排列決定。對(duì)齊方式的移位決定了我們?cè)陲@示屏上看到的內(nèi)容。與任何晶體一樣，液晶中不存在完美的排列，并且在它們的排列中出現(xiàn)嚴(yán)重改變其物理性質(zhì)的缺陷。這項(xiàng)研究的出發(fā)點(diǎn)是顯示細(xì)胞片的行為如何類(lèi)似于液晶。

在這里，博士候選人Thuan Beng Saw先生和MBI的Chwee Teck Lim教授以及Institut Jacques Monod教授Benoit Ladoux(IJM，CNRS)和MBI，與Amin Doostmohammadi博士和Julia M. Yeomans教授(牛津大學(xué))合作， Philippe Marcq教授(居里研究所)和助理教授Yusuke Toyama(MBI)發(fā)現(xiàn)，與手機(jī)或筆記本電腦顯示器中的液晶一樣，上皮細(xì)胞彼此平行排列，其“長(zhǎng)”側(cè)面朝向同一方向。按照這個(gè)類(lèi)比，他們還觀察到了“拓?fù)淙毕?rdquo;的出現(xiàn)'，這導(dǎo)致細(xì)胞重新排列，使它們像彗星一樣。在這種情況下，彗星圖案頭部的細(xì)胞已經(jīng)移位，現(xiàn)在它們垂直于構(gòu)成尾部的細(xì)胞排列。有些細(xì)胞高達(dá)90度。在液晶顯示器中，這種分子的重新排列僅改變材料的光學(xué)性質(zhì)。然而，在上皮片中，模式的這種變化可能意味著所涉及的細(xì)胞的生命或死亡。值得注意的是，在這種細(xì)胞重新排列后，靠近“彗星模式”頭部的細(xì)胞死亡并從周?chē)M織中移除。

為了進(jìn)一步研究細(xì)胞死亡和拓?fù)淙毕葜g的關(guān)系，他們檢查了在細(xì)胞未對(duì)準(zhǔn)的這些特定區(qū)域周?chē)a(chǎn)生的力。他們發(fā)現(xiàn)壓縮力集中在彗星圖案的頭部。該力在細(xì)胞擠出前一小時(shí)產(chǎn)生，并且足以在拓?fù)淙毕萏幰l(fā)細(xì)胞死亡。當(dāng)細(xì)胞通過(guò)蛋白質(zhì)電纜和粘連結(jié)構(gòu)彼此連接時(shí)，細(xì)胞的任何運(yùn)動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致張力傳播到其鄰居。細(xì)胞的錯(cuò)位導(dǎo)致細(xì)胞顯著彎曲，這導(dǎo)致這些區(qū)域的高壓應(yīng)力。這些應(yīng)激足以引發(fā)附近細(xì)胞的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞擠出。

組織工程和再生醫(yī)學(xué)要求科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中仔細(xì)控制細(xì)胞生長(zhǎng)和組織發(fā)育。這項(xiàng)工作中提出的研究結(jié)果對(duì)實(shí)現(xiàn)這種控制至關(guān)重要。實(shí)際上，研究人員通過(guò)在細(xì)胞生長(zhǎng)的區(qū)域引入形狀來(lái)模擬與細(xì)胞死亡相關(guān)的拓?fù)淙毕荩晒Φ乜刂屏思?xì)胞如何排列。和擠壓。這使他們能夠確定細(xì)胞片材擠出的位置。這些發(fā)現(xiàn)為我們理解物理微環(huán)境如何在組織發(fā)育中發(fā)揮作用提供了重要的一步，并提供了研究人員可以控制，分析和研究細(xì)胞生長(zhǎng)和死亡的新方法。