生殖細(xì)胞像微型推土機(jī)一樣移動(dòng)

在果蠅胚胎形成過程中，原始生殖細(xì)胞——后來將形成卵子和精子的干細(xì)胞——必須從胚胎的遠(yuǎn)端移動(dòng)到它們?cè)谛韵僦械淖罱K位置。部分原始生殖細(xì)胞遷移是被動(dòng)的;細(xì)胞被其他細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)簡單地推入到位。但在發(fā)育的某個(gè)階段，原始生殖細(xì)胞必須自行移動(dòng)。

“該領(lǐng)域的許多背景都是通過研究細(xì)胞如何在培養(yǎng)物中移動(dòng)來建立的，并且有一個(gè)模型，它們通過使用細(xì)胞骨架推出膜來爬行，”實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員 Benjamin Lin 說懷特黑德研究所所長露絲·萊曼 (Ruth Lehmann)。“我們不太確定它們是否真的在體內(nèi)以這種方式移動(dòng)。”

現(xiàn)在，在 9 月 14 日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一篇新論文中，同時(shí)也是麻省理工學(xué)院生物學(xué)教授的萊曼、懷特黑德研究所和紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院斯基爾博爾研究所的研究人員表明，生殖細(xì)胞在生長事實(shí)上，蒼蠅胚胎正在使用一種不同的運(yùn)動(dòng)方式，這種方式取決于一種叫做皮層流動(dòng)的過程，類似于推土機(jī)在旋轉(zhuǎn)的踏板上移動(dòng)的方式。該研究還揭示了控制這種生殖細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的途徑中的一個(gè)新參與者。Lehmann 說：“這項(xiàng)工作使我們更接近于了解指導(dǎo)生殖細(xì)胞在不斷變化的細(xì)胞環(huán)境中進(jìn)行漫長而復(fù)雜的旅程的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。”

該研究還可以為研究人員提供一種新模型，用于研究這種類型的細(xì)胞在其他情況下的運(yùn)動(dòng)——例如，癌細(xì)胞已被證明在某些條件下通過皮層流動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。“我們認(rèn)為這種遷移行為模式具有更普遍的意義，它超越了原始生殖細(xì)胞，也適用于其他遷移細(xì)胞，”林說。

Lehmann 和 Lin 發(fā)現(xiàn)生殖細(xì)胞可能不會(huì)像科學(xué)家認(rèn)為的那樣移動(dòng)的第一個(gè)線索來自一個(gè)簡單的觀察。“當(dāng)我們開始研究這些原始生殖細(xì)胞如何在胚胎中移動(dòng)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞在移動(dòng)時(shí)實(shí)際上保持氣球的形狀，而且它們實(shí)際上根本沒有改變它們的形狀，”林說。“這和爬行模式真的很不一樣。”

但如果細(xì)胞不通過爬行移動(dòng)，它們是如何在胚胎中移動(dòng)的?為了了解更多信息，研究人員開發(fā)了新技術(shù)來對(duì)活蠅胚胎中的生殖細(xì)胞進(jìn)行成像，并且能夠觀察到每個(gè)細(xì)胞中稱為肌動(dòng)蛋白的蛋白質(zhì)簇在細(xì)胞本身向前移動(dòng)時(shí)向后移動(dòng)。

“在稱為皮層的細(xì)胞膜下方有一層薄薄的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架，它們實(shí)際上是通過使皮層‘流動(dòng)’而移動(dòng)的，”林說。“這就像如果你想到推土機(jī)的胎面在推土機(jī)向前移動(dòng)時(shí)向后移動(dòng)。細(xì)胞向后移動(dòng)皮質(zhì)以產(chǎn)生摩擦力以向前移動(dòng)細(xì)胞。”

林假設(shè)這種運(yùn)動(dòng)方法特別適合生殖細(xì)胞在具有許多不同細(xì)胞類型的擁擠胚胎中移動(dòng)，因?yàn)樗皇且揽孔R(shí)別特定的蛋白質(zhì)來“抓住”以將自己拉過胚胎，而是允許細(xì)菌細(xì)胞獨(dú)立移動(dòng)。“對(duì)于原始生殖細(xì)胞來說，一切都是非常個(gè)人主義的，”他說。“它們實(shí)際上根本不會(huì)互相發(fā)出信號(hào)，所有的信號(hào)都在每個(gè)細(xì)胞內(nèi)……而且生殖細(xì)胞必須穿過這么多不同的組織，它們需要一種通用的運(yùn)動(dòng)方法。”

研究人員還發(fā)現(xiàn)了有關(guān)細(xì)胞如何控制這種運(yùn)動(dòng)形式的新信息。“我們發(fā)現(xiàn)一種叫做 AMPK 的蛋白質(zhì)可以控制這條通路，這真是出乎意料，”林說。“大多數(shù)人都知道它是一種能感知能量的蛋白質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)這種蛋白質(zhì)對(duì)于幫助這些細(xì)胞導(dǎo)航很重要。它是這些上游參與者之一，可以控制細(xì)胞的移動(dòng)速度和方向。”

未來，研究人員希望繪制出讓生殖細(xì)胞在發(fā)育的正確時(shí)間到達(dá)正確位置的整個(gè)途徑。他們還希望更多地了解皮層流動(dòng)背后的機(jī)制。“我們想弄清楚什么對(duì)建立這些流程很重要，”林說。“我們?cè)谶@里的發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)生殖細(xì)胞有影響，對(duì)其他遷移細(xì)胞也有影響。”

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