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“越野”模式使移动单元可以自由移动

“越野”模式使移动单元可以自由移动

受伤后,白细胞会立即从血管中转移到炎症部位。同样地,癌细胞可以起源于任何组织或器官,也可以在远离其起源的地方扩散和繁殖。结果是:转移。

通常情况下,机体内的每个细胞通过其质膜上的特定粘附受体与周围环境结合。作为细胞和周围环境之间的通用“胶水”,这些粘附受体或整合素可以在细胞需要保持不动时起到稳定作用,也可以在细胞爬过组织时起到锚定作用。但是,某些类型的细胞(如白细胞)如何能在不同的组织中灵活地爬行,即使这些组织是由非常不同的分子组成的,而这些分子不一定与粘附受体相匹配?

使用或不使用“胶水”移动

奥地利科学技术研究所(IST Austria)的Michael Sixt团队和来自法国的合作者最近在《自然》杂志上发表了一项研究,解开了这个谜团。科学家们将实验与物理模型结合起来,描述了一种新的细胞运动机制,这种机制不需要与细胞外环境结合。相反,细胞利用环境的几何形状来推动自己。

在他们的实验中,生物学家使用不同类型的白细胞,从基因上消除整合素的功能,以中断细胞和细胞外环境之间的结合。尽管整合素对几乎所有细胞类型的生存和运动都至关重要,奥地利IST的科学家们在之前的一项研究中发现,没有整合素,白细胞也可以移动和生存。同样的结果也适用于一些癌细胞。

白细胞在没有任何跨膜力耦合的微流体通道中迁移。当道路出现许多颠簸时,细胞快速移动(左侧),但当颠簸距离太远或轨道平滑时,细胞在原地运行(右侧)。来源:?IST奥地利- Sixt集团

冰冷的理由吧!

为了分析细胞在没有粘附的情况下移动的机制,科学家们关注的是环境的几何形状,而不是其分子组成。他们设计了微小的细胞大小的“微流体”通道,具有不同的壁几何形状:从完全光滑到粗糙或锯齿状纹理。然后,他们让细胞在这些通道中移动,观察缺乏整合素的细胞在细胞壁平滑平行时无法向前移动。

这项研究的第一作者,前奥地利博士后Anne reverse说:“这些细胞‘原地跑’——就像汽车轮胎在结冰的地面上打转一样。”她现在在利物浦大学做研究。然而,当细胞壁上有突起时,细胞可以在没有整合素的情况下高效迁移。那些仍然携带着整合素的细胞可以在粗糙和光滑的通道中平等地迁移。”

正确的抓地力去任何地方

通过对这种“越野”细胞运动的生物力学进行实验和理论研究,逆转等人揭示了两种运动模式下的统一力学主题:肌动蛋白,细胞骨架的丝状建筑材料,从细胞的前部流向尾部。这种逆行的肌动蛋白流是细胞内部的力量,一旦与环境结合,就会推动细胞体向前。力耦合可以通过整合素穿透质膜,从而将细胞内肌动蛋白与细胞外基质连接起来。

然而,科学家们发现,肌动蛋白不能只通过整合素结合;它也可以在没有任何跨膜受体的情况下配对。反转说:“逆行的水流会产生细胞内的剪切力,每当有肿块时,细胞内的剪切力就会推动通道壁。”如果墙是平行的,或者凸起距离太远,这是行不通的。另一种理解方法是,细胞通过改变形状来推动自己前进。毕竟,白细胞是变形虫细胞——“变形虫”在希腊语中是“变化”的意思。由于组织的精细结构在几何上非常复杂,变形虫细胞总是可以依靠这种运动模式。这使它们具有极大的适应能力。实际上,他们可以去任何地方。”

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