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Science:细胞核就像一把尺子,可调整细胞对拥挤空间的反应

来源:本站原创 2020-10-20 16:17

2020年10月20日讯/生物谷BIOON/---人体是一个拥挤的地方。在肿瘤形成过程中,当对细胞生长和增殖的调节失效时,这种拥挤的情况就变得更加严重。在拥挤的环境中处理空间不足的问题,给细胞带来了挑战。对于免疫细胞来说尤其如此,它们的任务是在组织中巡逻,这会导致它们在移动时经历急性和持续的变形。尽管自19世纪以来,组织拥挤的变化和相关的细胞形状改变已被病理学家称为晚期肿瘤的关键诊断特征,但这些改变对癌症和免疫细胞生物学的影响仍不清楚。此外,细胞是否能检测到并适应性地应对拥挤空间中的变形还不得而知。

在一项新的研究中,为了测试细胞具有检测和应对环境引起的它们的形状发生变化的能力的假设,来自来自奥地利、英国、法国、瑞士、俄罗斯和美国的研究人员构建出人工微环境,用于模拟肿瘤细胞和免疫细胞在拥挤的组织中经历的情形。通过结合动态限制、力测量和活细胞成像,他们能够定量确定细胞在它们的形状受到精确控制的物理扰动时所作出的反应。相关研究结果发表在2020年10月16日的Science期刊上,论文标题为“The nucleus acts as a ruler tailoring cell responses to spatial constraints”。
图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.aba2894。

这些研究人员的研究结果显示,尽管细胞对压缩力具有惊人的抵抗能力,但是当它们在特定高度下变形时,它们会监测自身的形状,并产生积极的收缩反应。值得注意的是,他们发现,这是通过细胞监测它的最大内部区室---细胞核---的变形来实现的。他们确定细胞核为细胞提供了一个精确测量它的变形程度的方法。一旦细胞挤压超过了细胞核的尺寸,这就会引起边界核膜(bounding nuclear envelope)的展开和伸展。当核膜达到完全展开的状态时,收缩反应就开始了。核膜及其膜的机械状态的转变允许从内部膜储存中释放钙,并激活钙依赖性磷脂酶cPLA2。已知cPLA2作为核膜张力的分子传感器起作用,而且也是信号转导和代谢的关键调节因子。激活的cPLA2催化一种称为花生四烯酸(arachidonic acid)的Ω6脂肪酸的形成,而花生四烯酸除触发其他过程外,还能增强肌球蛋白II的三磷酸腺苷酶活性。这诱导肌球蛋白皮层(actomyosin cortex)的收缩性,产生推力来抵抗物理挤压,并在“逃避反射”机制中迅速将细胞挤出它所在的拥挤的微环境。

虽然细胞核传统上被认为是一个被动的遗传物质仓库,但是这项新的研究将它确定为一个主动的区室,它能迅速地将机械输入转化为信号输出,并且它的膜在这种传感功能中起着关键作用。细胞核能够通过产生一种用来改变细胞行为的信号来检测和应对环境施加的挤压。这种现象在确保细胞(比如肿瘤中的免疫细胞)能够适应、存活并有效地在拥挤和机械异质的微环境中移动方面发挥了关键作用。表征细胞核挤压引发的全部信号有可能阐明细胞对其机械环境的信号转导、表观遗传适应和代谢适应的机制,这也是未来研究的一个令人兴奋的方向。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.A. J. Lomakin et al.The nucleus acts as a ruler tailoring cell responses to spatial constraints. Science, 2020, doi:10.1126/science.aba2894.

2.Zhouyang Shen et al. A cellular sense of space and pressure. Science, 2020, doi:10.1126/science.abe3881.

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