研究推动了对细胞如何迁移的理解

韦尔康奈尔医学院研究人员的一项新研究表明，细胞内两种关键结构之间的相互作用有助于建立细胞迁移所必需的前后“极性”。

这些迁移发生在器官发育、伤口愈合、癌症转移和许多其他过程中，但移动细胞如何响应环境线索并建立使它们能够继续朝一个方向前进的内部结构尚不完全清楚。

正如研究人员6 月 12 日在《自然》杂志上报道的那样，细胞内一个突出的内部结构——内质网(ER) 与细胞质膜(PM)内部之间的接触在迁移细胞的后部较大且较密，而在前部较小且较稀疏。这种差异或“梯度”似乎是细胞运动的基本结构决定因素：当研究人员在移动细胞的前部人为地诱导 ER-PM 接触时，细胞会改变方向。

“我们认为这一发现标志着在细胞迁移的背景下理解细胞极性的重大转变——并且可能在其他一些背景下也是如此，”资深作者托拜厄斯·迈耶 (Tobias Meyer) 说，他是威尔康奈尔医学院细胞与发育生物学的约瑟夫·辛西 (Joseph Hinsey) 教授。

该项研究的第一作者是迈耶实验室的博士后研究员龚博。

二十多年来，生物学家们已经知道，迁移细胞利用磷脂分子和 GTPases 信号酶建立前端，从前端延伸出类似脚的突起，将它们拉向表面。然而，也有迹象表明存在其他机制，包括定义迁移细胞后端的机制。

当 Gong 决定研究 ER-PM 接触时，他正在寻找这种后端定义的持续结构基础。这些接触在细胞信号传导和调节细胞膜特性方面具有重要的既定作用，但尚不清楚它们在空间上是如何组织的以调节细胞功能的。然而，在早期实验中，Gong 发现这些接触在迁移细胞的后部比在前部明显更大、更密集、更稳定。

龚说：“在我测试的所有细胞类型中，无论是在平面还是三维环境中，还是在单独或集体迁移的细胞中，这种从后到前的梯度都很明显。”

当他在迁移细胞的前端人工制造 ER-PM 接触(如通常在后端看到的接触)时，细胞会反转其前后极性和移动方向。他还观察到，当 ER-PM 接触密度的前后差异较大时，迁移细胞的速度会更快。

他发现，这种速度控制效应的背后是一种内质网相关磷酸酶，它在移动细胞的后端起作用——内质网与膜上更好的接触使其更容易被利用——以抑制前端类型的信号传导。

研究人员还发现，ER-PM 接触密度在后端较大，因为 ER 在那里具有相对平坦的结构，而其前端则相对呈管状和波浪状，因此无法紧密接触膜。

Meyer 和 Gong 怀疑，总体而言，这种在迁移细胞中新发现的 ER-PM 接触的结构极性是这些细胞中观察到的信号极性和其他形式极性的主要基础。

这项研究除了对基础细胞生物学具有价值外，还可以为未来治疗或预防肿瘤转移等细胞迁移问题提供参考。它还可能与其他形式的细胞极性有关，例如神经元的结构和信号极性，其中内质网塑造蛋白的突变与神经退行性疾病有关。

迈耶说：“我们认为，我们发现的这个过程将被证明具有非常广泛的意义。”