【人類白細胞用分子「槳」游泳[思考]】研究人員在9月15日出版的《生物物理雜誌》上報告說,人類白細胞(即白血球)利用一種名為「分子划動」的新機制游泳。這種微小的遊動機制可以解釋免疫細胞和癌細胞是如何在體內各種充滿液體的小生境中有益或有害遷移的。

「活細胞自主移動的能力對許多生物學功能來說是迷人的,也是至關重要的,但是細胞遷移機制仍僅有一部分被理解。」該論文聯合高級作者、法國艾克斯—馬賽大學的Olivier Theodoly說,「我們的發現為了解變形蟲細胞的遷移機制提供了新線索,這是免疫學和癌症研究的一個重要課題。」

細胞已經進化出不同的策略來遷移和探索它們的環境。例如,精子細胞、微藻和細菌可以通過變形,或者藉助一種叫做鞭毛的鞭狀附屬物遊動。相比之下,哺乳動物體細胞是通過附著在表面和爬行來遷移的。人們普遍認為,白細胞不附著在二維表面就不能在其上遷移。

之前的一項研究報告稱,人體內某些被稱為中性粒細胞的白細胞可以游泳,但沒有證明其機制。另一項研究表明,可以人工誘導小鼠白細胞游泳。人們普遍認為,沒有鞭毛的細胞遊動需要改變細胞形狀,但白細胞遷移的確切機制一直存在爭議。

與先前的研究相比,Theodoly與論文聯合高級作者、格勒諾布爾阿爾卑斯大學的Chaouqi Misbah及合作者,在新研究中提供了實驗和計算證據,表明人類白細胞可以在二維表面上遷移而不黏附其上,也可以使用一種不依賴細胞形狀變化的機制游泳。「觀察細胞運動給人一種錯覺,讓人覺得細胞像游泳者一樣變形了它們的身體。」Misbah說,「儘管白血球呈現高度動態的形狀,而且似乎以蛙泳的模式游泳,但我們的定量分析表明,這些運動是無法驅動細胞的。」

取而代之的是,細胞利用跨膜蛋白質「划水」,跨膜蛋白質橫跨細胞膜並突出細胞外。研究人員表明,膜的「踏車運動」——細胞表面的向後運動——推動白細胞在固體或液體環境中遷移,無論有無黏附。

然而,細胞膜並不像一台均勻的跑步機那樣運動。一些跨膜蛋白與肌動蛋白微絲相連,這些微絲構成細胞骨架的一部分並收縮以允許細胞移動。肌動蛋白細胞骨架被廣泛認為是推動細胞爬行的分子發動機。新發現表明肌動蛋白結合的跨膜蛋白會划動並推動細胞前進,反之自由擴散的跨膜蛋白會阻礙細胞遊動。

研究人員提出,通過結合肌動蛋白驅動的外部「踏車運動」和通過囊泡運輸的肌動蛋白結合跨膜蛋白的內部循環,細胞可以實現持續的划水。具體來說,位於細胞後部的划水蛋白被包裹在一個囊泡內,囊泡從細胞膜上擠壓下來,然後被運輸到細胞前部。相比之下,非划水跨膜蛋白被挑選出來,並且不進行這種囊泡運輸的內部循環過程。

「細胞膜的這種循環正被研究細胞內囊泡流量的科學家深入研究,但它在運動中的作用卻很少被考慮。」Theodoly說,「這些蛋白質分選和運輸的功能對游泳來說似乎非常複雜。令我們驚訝的是,我們的研究跨越了微游泳者的物理學和囊泡交通的生物學這樣遙遠的領域。」

研究人員說,當免疫細胞在充滿液體的生態位中移動時,分子划動可以讓免疫細胞徹底探索身體的所有位置,比如腫脹的身體部位、感染的膀胱、腦脊液或羊水。接下來,研究人員計劃研究分子划動在各種環境中的功能,並評估其他類型的細胞是否使用這種移動方式。

相關論文信息:http://t.cn/A64mBYTG
http://t.cn/A64mBYTb

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