研究推动了对细胞如何迁移的理解

根据威尔康奈尔医学院研究人员的一项新研究，细胞内两个关键结构之间的相互作用有助于建立对细胞迁移至关重要的前后“极性”。

这些迁移发生在器官发育、伤口愈合、癌症转移和许多其他过程中，但移动的细胞如何响应环境线索并建立内部结构，使它们能够继续朝着一个方向前进，尚不完全清楚。

正如研究人员6月12日在《自然》杂志上报道的那样，细胞中突出的内部结构，内质网（ER）和细胞质膜（PM）内部之间的接触在迁移细胞的后部更大，更密集，而在前面更小，更稀疏。这种差异或“梯度”似乎是细胞运动的基本结构决定因素：当研究人员在移动细胞的前部人工诱导ER-PM接触时，细胞的方向相反。

“我们认为这一发现标志着在细胞迁移的背景下理解细胞极性的重大转变 – 并且可能在其他一些情况下，”资深作者Tobias Meyer说，他是威尔康奈尔医学院细胞与发育生物学的Joseph Hinsey教授。

该研究的第一作者是迈耶实验室的博士后研究员Bo Gong。

二十多年来，生物学家已经知道，迁移细胞使用称为磷脂的分子和称为GTP酶的信号酶来建立前端 – 它们从中延伸出脚状突起，将它们拉向表面。然而，已经有其他机制的迹象，包括定义迁移单元后端的机制。

当 Gong 决定检查 ER-PM 接触时，他正在为这个后端定义寻找一个持续的结构基础。它们在细胞信号传导和调节细胞膜特性方面具有重要的既定作用，但不知道它们在空间上被组织起来调节细胞功能。然而，在早期的实验中，Gong发现，与前部相比，这些接触明显更大，更密集，更稳定。

“这种从后到前的梯度在我测试的所有细胞类型中都很明显，在平面和3D环境中，以及在单独或集体迁移的细胞中，”Gong说。

当他在迁移细胞的前端人为地创建ER-PM接触时 – 就像通常在后端看到的那些一样 – 细胞颠倒了它们的前后极性和运动方向。他还观察到，当ER-PM接触密度的后前差异较大时，细胞迁移的速度更快。

他发现，这种速度控制效应的基础是一种内质网相关的磷酸酶，它在移动细胞的后端起作用 – 更好的ER-PM接触使其在膜上更容易使用 – 以抑制前端类型的信号传导。

研究人员还确定，ER-PM的接触密度在后端更大，因为ER在那里具有相对平坦的结构，而它的前部是相对管状和波浪形的，因此不能紧密地接触膜。

Meyer 和 Gong 怀疑，一般来说，迁移细胞中 ER-PM 接触的这种新发现的结构极性是这些细胞中观察到的信号极性和其他形式的极性的主要基础。

这项研究除了对基础细胞生物学的价值外，还可以为治疗或预防有问题的细胞迁移（如肿瘤转移）的未来方法提供信息。它还可能与其他形式的细胞极性有关，例如神经元的结构和信号极性，其中内质网整形蛋白的突变与神经退行性疾病有关。

“我们怀疑我们发现的这一过程将被证明具有非常广泛的相关性，”迈耶说。

该研究的结构成像工作在纽约结构生物学中心的西蒙斯电子显微镜中心进行。这项工作得到了美国国立卫生研究院下属的国家普通医学科学研究所和西蒙斯基金会的资助。

吉姆·施纳贝尔（Jim Schnabel）是威尔康奈尔医学院的自由撰稿人。