生殖細胞像微型推土機一樣移動

在果蠅胚胎形成過程中，原始生殖細胞——后來將形成卵子和精子的干細胞——必須從胚胎的遠端移動到它們在性腺中的最終位置。部分原始生殖細胞遷移是被動的;細胞被其他細胞的運動簡單地推入到位。但在發(fā)育的某個階段，原始生殖細胞必須自行移動。

“該領(lǐng)域的許多背景都是通過研究細胞如何在培養(yǎng)物中移動來建立的，并且有一個模型，它們通過使用細胞骨架推出膜來爬行，”實驗室的博士后研究員 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。”

現(xiàn)在，在 9 月 14 日發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上的一篇新論文中，同時也是麻省理工學(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，生殖細胞在生長事實上，蒼蠅胚胎正在使用一種不同的運動方式，這種方式取決于一種叫做皮層流動的過程，類似于推土機在旋轉(zhuǎn)的踏板上移動的方式。該研究還揭示了控制這種生殖細胞運動的途徑中的一個新參與者。Lehmann 說：“這項工作使我們更接近于了解指導(dǎo)生殖細胞在不斷變化的細胞環(huán)境中進行漫長而復(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胞在其他情況下的運動——例如，癌細胞已被證明在某些條件下通過皮層流動進行運動。“我們認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胞，也適用于其他遷移細胞，”林說。

Lehmann 和 Lin 發(fā)現(xiàn)生殖細胞可能不會像科學(xué)家認為的那樣移動的第一個線索來自一個簡單的觀察。“當(dāng)我們開始研究這些原始生殖細胞如何在胚胎中移動時，我們發(fā)現(xiàn)這些細胞在移動時實際上保持氣球的形狀，而且它們實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。”

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

“在稱為皮層的細胞膜下方有一層薄薄的肌動蛋白細胞骨架，它們實際上是通過使皮層‘流動’而移動的，”林說。“這就像如果你想到推土機的胎面在推土機向前移動時向后移動。細胞向后移動皮質(zhì)以產(chǎn)生摩擦力以向前移動細胞。”

林假設(shè)這種運動方法特別適合生殖細胞在具有許多不同細胞類型的擁擠胚胎中移動，因為它不是依靠識別特定的蛋白質(zhì)來“抓住”以將自己拉過胚胎，而是允許細菌細胞獨立移動。“對于原始生殖細胞來說，一切都是非常個人主義的，”他說。“它們實際上根本不會互相發(fā)出信號，所有的信號都在每個細胞內(nèi)……而且生殖細胞必須穿過這么多不同的組織，它們需要一種通用的運動方法。”

研究人員還發(fā)現(xiàn)了有關(guān)細胞如何控制這種運動形式的新信息。“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)對于幫助這些細胞導(dǎo)航很重要。它是這些上游參與者之一，可以控制細胞的移動速度和方向。”

未來，研究人員希望繪制出讓生殖細胞在發(fā)育的正確時間到達正確位置的整個途徑。他們還希望更多地了解皮層流動背后的機制。“我們想弄清楚什么對建立這些流程很重要，”林說。“我們在這里的發(fā)現(xiàn)不僅對生殖細胞有影響，對其他遷移細胞也有影響。”

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