作者哈里森·塔索夫，加州大学圣巴巴拉分校 边缘细胞在哺乳动物细胞之间穿行，到达卵母细胞
信用:丹尼斯·蒙特尔 细胞在我们的身体中不断移动，执行无数对组织发育、免疫反应和整体健康至关重要的操作
这种忙碌是由对细胞迁移感兴趣的科学家长期研究的化学线索引导的
为了更好地理解这一现象，由加州大学圣巴巴拉分校的杰出教授丹尼斯·蒙特尔领导的一个生物学家和物理学家小组研究了生物环境的几何形状对细胞运动的影响
利用数学模型和果蝇，该小组发现物理空间对细胞迁移有很大的影响
也就是说，组织几何学可以创造一条阻力最小的路径，引导细胞运动
这些发表在《科学》杂志上的见解是基础研究的胜利，可以在肿瘤学、神经科学和发育生物学等领域找到应用
定向细胞迁移是正常和病理生物过程的基本特征
“没有定向细胞迁移，胚胎就不会发育，伤口也不会愈合，免疫和神经系统也不会形成或发挥作用，”分子、细胞和发育生物学系的杜根教授蒙特尔说
“然而，细胞迁移也会导致炎症和癌症转移，因此对其潜在机制的理解在过去几十年里引起了极大的兴趣
" 科学家很久以前就知道细胞能感知化学引诱物
许多人认为化学吸引梯度是细胞迁移到需要它们的地方所必需的
然而，研究人员现在越来越多地关注物理环境如何影响细胞选择路径的方式
然而，这提出了一个实际的挑战，因为在人工环境中重建活体组织的几何形状是一项艰巨的任务
蒙特尔的团队对果蝇卵巢进行了实验——这是最早也是研究得最好的细胞迁移模型之一——以梳理出多种不同因素的贡献
卵巢内有几个卵室，一端有15个哺乳细胞和一个卵母细胞，或称发育中的卵细胞
哺乳细胞支持卵子的生长
护士细胞和卵母细胞周围有大约850个滤泡细胞
在这些细胞中，卵室顶端的一组6-8个细胞，称为边缘细胞，在哺乳细胞之间分离并迁移到卵母细胞，在卵母细胞中，它们对卵的最终发育至关重要
该系统不仅为研究细胞运动提供了一个完美的模型，而且边界细胞群的行为与转移癌非常相似
“起初，这个系统可能看起来很模糊，很难突然发现，”蒙特尔承认，“但事实证明，大自然母亲重复利用事物，这些细胞用来移动的机制非常相似，甚至在分子细节上，就像癌细胞如何移动一样
" 边界单元的迁移有两个组成部分
它们明显地从卵室的前部移动到后部
然而，到目前为止还不太受欢迎的是，尽管他们可以选择大约40条不同的侧路，但他们在旅途中也停留在中心位置，而不是移动到舱室外围
研究人员发现，化学引诱剂不能解释中心路径的选择——必须有其他东西让边缘细胞沿着它们的路径前进
事实上，当他们破坏细胞检测化学信号的能力时，研究人员发现细胞仍然保持在卵室的中心，尽管它们不再一直到达另一端的卵母细胞
蛋室充满了许多细胞，这就像把球装进板条箱一样带来了堆积问题
数学家们几个世纪以来一直在研究这样的问题，并发现在更多细胞聚集的区域有更多的空间
研究小组通过将卵细胞浸泡在充满细胞间隙的荧光液体中来证实这一点
蒙特尔说:“似乎是边缘细胞选择了中心，因为在那里有一点点的空间。”
“最令人惊讶的是，物理空间真的很小，比穿过它的物体小得多
正是这个小小的空间让一切变得不同
" 合著者戴伟是蒙特勒实验室的前博士后研究员，他在显微镜下仔细研究了卵室，并煞费苦心地在三维模型中重建了细胞的排列
这使得该项目的物理学家——加州大学圣地亚哥分校的盛远·曹和沃特-简·拉普尔以及以色列魏茨曼科学研究所的尼尔·戈夫——创建了一个系统的数学模型，并在此基础上进行模拟
蒙特尔的儿子是皮克斯动画工作室的技术总监，他能够将数学模型的结果叠加到蛋室的三维重现上
结果支持了细胞间的额外空间创造了一条最佳路径的假设
为了确定地窖的几何形状确实是边界细胞路径的原因，该论文的另一位主要作者、蒙特勒实验室的博士生郭晓然观察了含有31个护士细胞的突变卵室，而不是通常的15个
在这些更拥挤的情况下，边缘细胞仍然选择通过细胞连接最多的区域，而不是卵室的物理中心
“组织的几何形状创造了一个阻力最小的中心路径，它提供了与化学诱导剂同等重要的方向信息，”蒙特尔说，并补充说，15年来，化学信号被认为是唯一的指导线索
她怀疑细胞行为背后有许多不同的因素
旅行时，边缘细胞通过延伸细胞膜的小突起来探索周围环境，小突起的大小与哺乳细胞之间的间隙大致相同
此外，护士细胞在接触的地方用蛋白质压缩在一起
通过穿过几个细胞相遇的缝隙，边界细胞不需要打破所有这些束缚就能溜过去
这项研究的结果表明，科学家需要考虑物理环境对细胞在狭小空间中迁移的各种情况的影响；例如，大脑的发育或免疫细胞通过淋巴结和肿瘤的运动
“让免疫细胞进入肿瘤可能是一个挑战，其中一部分可能是组织几何挑战，”蒙特尔说
“谁会想到，我们真正需要做的也许是放松肿瘤，帮助免疫细胞进入
这些发现为我们思考什么样的细胞被吸引以及它们如何运动的方式增加了一个新概念
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
