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郭巍博士Cell子刊揭示细胞迁移新机制

日期:2013-08-14 00:00:00

无论是基础科学家还是临床医生,对大家身体细胞的移动机制都抱有极大的兴趣。生物体要实现生长、愈合、内部信息传递、启动免疫反应,以及进行生存必要的许多其他活动,就必须要移动细胞。如果细胞迁移失去调控,肿瘤就可以生长及扩散至全身。

来自宾夕法尼亚大学的研究人员现在领导了一项多学科研究,阐明了细胞运动过程中的一个关键步骤。他们证实Exo70蛋白诱导了细胞质膜重塑,这是细胞从一个位点迁移到另一个位点的一个必要步骤。

这些研究结果使得人们更深入地了解了细胞启动运动的机制,以及它们对于癌症等依赖细胞迁移的疾病的影响。这项研究发表在8月12日的《发育细胞》(Developmental Cell)杂志上。

论文的资深编辑是宾夕法尼亚大学文理学院生物系副教授郭巍(Wei Guo)博士。目前主要从事细胞迁移、胞吐和癌细胞侵袭等方面的生物学研究。在细胞生物学研究领域取得了一系列显著成就,在具有国际影响力的期刊 Nature cell biology、PNAS等发表论文30多篇。

以往关于细胞迁移的研究就将焦点放在形成肌动蛋白微丝(filament)和肌动蛋白枝(branch)的actin蛋白上,众所周知actin蛋白在包括细胞形状重塑在内的各种活动中发挥作用。但郭巍和其他科学家们认为,还有其他的因子帮助了细胞膜重塑。

郭巍说:“质膜不是橡皮筋。很难想象actin仅仅是推挤它就改变了它的形状。必定存在一种机制调节actin,否则的话质膜就会破裂。”

那时郭巍研究小组想到了Exo70。他的实验室将焦点放到了胞吐作用(exocytosis)上。胞吐是细胞内的激素和神经递质等重要分子通过囊泡与细胞质膜融合的过程释放到身体别处的一个有组织的过程。一种由几个蛋白质亚基组成的复合结构:胞外分泌复合体(exocyst)帮助介导了这一过程。在以往的研究工作中,郭巍和同事们发现胞外分泌复合体还参与了细胞迁移。去年他的实验室发表的一篇研究论文证实,胞外分泌复合体的一个组件Exo70刺激了迁移细胞前缘的actin结构改变。

在当前的研究中,郭巍和同事们想要更深入地探究Exo70在细胞中的功能及作用机制。利用电子显微镜,他们第一次发现Exo70使得质膜弯曲形成了高曲率的小管。此外,细胞中的Exo70导致了质膜突起形成。他们还发现Exo70形成了至少由两个蛋白质构成的低聚物。

利用数学模型,研究人员与Ravi Radhakrishnan研究小组研究了这些突起的曲率形成机制。他们证实,模拟的结果与显微镜下观察到的Exo70行为相一致。

随后利用时差显微镜,他们发现Exo70生成了质膜的突起,这些突起随后充满了actin。

郭巍说:“大家将它称为‘空手套’。 Exo70是手套,actin的行为就像手指,推动和填充空口袋。”

突变的Exo70蛋白不能形成低聚物,因此不能有效地迁移,这表明了这一分子在帮助细胞定向运动中起重要的作用。

郭巍说:“这让大家重新了解了细胞迁移的机制。该领域的研究主要将焦点放在actin上,但大家的研究发现强调了细胞膜组件对于细胞运动的重要影响。”

郭巍和同事们现正对Exo70开展更深入地研究,认为它有可能在许多类型癌的失控性生长和转移中发挥了作用。

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