整合不僅是人類之間具有社會(huì)意義的問題，也是構(gòu)成我們?nèi)祟惖募?xì)胞的問題。將新細(xì)胞添加到已經(jīng)建立的細(xì)胞群中對(duì)于在正常發(fā)育過程中塑造器官至關(guān)重要，但當(dāng)癌細(xì)胞在其他細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散時(shí)，同樣的機(jī)制也經(jīng)常被癌細(xì)胞劫持。

一項(xiàng)新的跨學(xué)科研究揭示了新細(xì)胞如何通過讀取鄰近組織的機(jī)械信息來加入組織。他們使用稱為絲狀偽足的細(xì)胞手指接觸相鄰細(xì)胞以打開細(xì)胞層。該研究發(fā)表在《自然通訊》上。

新細(xì)胞使用手指狀結(jié)構(gòu)打開宿主細(xì)胞層

為了解新細(xì)胞如何整合到細(xì)胞層中，該小組的科學(xué)家專注于細(xì)胞層中細(xì)胞層的形成。青蛙細(xì)胞與人類細(xì)胞具有許多共同特征，因此它們可用于此類研究。

在胚胎發(fā)育過程中，隨著新細(xì)胞從細(xì)胞中移出形成組織，這種多層細(xì)胞組合會(huì)重新排列。此過程必須以準(zhǔn)確的精度進(jìn)行，以便正確放置每一個(gè)傳入的單元格。

高分辨率顯微鏡圖像顯示，進(jìn)入的細(xì)胞將手指狀結(jié)構(gòu)延伸到位于它們頂部的細(xì)胞層。

對(duì)實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)分析以及理論模型隨后揭示了傳入細(xì)胞使用它們的手指狀延伸來拉動(dòng)宿主層的頂點(diǎn)，本質(zhì)上是在探測它們是否可以打開頂點(diǎn)并插入自己。

Niels Bohr 研究所助理教授兼主動(dòng)智能物質(zhì)組負(fù)責(zé)人 Amin Doostmohammadi 解釋了它的工作原理：“我們發(fā)現(xiàn)了一種特殊的蛋白質(zhì)復(fù)合物，它聚集在頂點(diǎn)，并允許來自傳入細(xì)胞的手指與頂點(diǎn)。它就像傳入的細(xì)胞隨機(jī)伸出手臂，看看它們可以附著在哪里。”

物理模型預(yù)測活組織的行為

“然后我們轉(zhuǎn)向細(xì)胞層的物理計(jì)算機(jī)模型，看看我們是否可以預(yù)測哪些頂點(diǎn)更容易受到這些拉力的影響，”Doostmohammadi 說。“連接四個(gè)或更多細(xì)胞的點(diǎn)比連接三個(gè)細(xì)胞的點(diǎn)更容易打開。”

“在實(shí)驗(yàn)中觀察到類似的趨勢，證實(shí)了理論預(yù)測，并表明確實(shí)進(jìn)入的細(xì)胞使用拉力來找到宿主層內(nèi)的最薄弱點(diǎn)以插入自己。”

物理和生物實(shí)驗(yàn)齊頭并進(jìn)

研究人員使用一個(gè)非常簡單的頂點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)物理模型通過邊連接在一起作為細(xì)胞形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的代理。

“通過這個(gè)簡單的模型，我們可以測試不同類型的頂點(diǎn)。我們可以拉動(dòng)它們來模擬新細(xì)胞施加的拉力，我們可以檢查頂點(diǎn)可以承受多少張力，以及它們是否真的可以因此打開。 “

“這實(shí)際上是模型和實(shí)驗(yàn)、物理學(xué)和生物學(xué)之間的對(duì)話：設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的模型，調(diào)整它以最好地代表實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵元素，然后做出被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的預(yù)測。”

傳入細(xì)胞在現(xiàn)有細(xì)胞層中創(chuàng)建自己的開口

然而，目前尚不清楚這些弱點(diǎn)最初是如何產(chǎn)生的。“當(dāng)沒有傳入細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞層中的薄弱點(diǎn)很少，而且大多數(shù)頂點(diǎn)只將三個(gè)細(xì)胞連接在一起。令我們驚訝的是，我們意識(shí)到正是當(dāng)傳入細(xì)胞接近細(xì)胞層時(shí)，大量頂點(diǎn)連接在一起出現(xiàn)了四到五個(gè)細(xì)胞，這表明可能進(jìn)入的細(xì)胞本身會(huì)影響上層細(xì)胞層中薄弱點(diǎn)的形成，”Doostmohammadi 說。

力學(xué)指導(dǎo)細(xì)胞整合

這些新發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了機(jī)械信息在胚胎發(fā)育過程中指導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的重要性，并有助于更好地理解指狀結(jié)構(gòu)(絲狀偽足)(侵襲性癌癥的常見特征)如何用于感知鄰近細(xì)胞。

“看到整個(gè)過程是多么的機(jī)械化，真是太神奇了。細(xì)胞沒有大腦或決策機(jī)制。因此，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入的細(xì)胞如何如此準(zhǔn)確地拉動(dòng)、探測和選擇細(xì)胞中的弱點(diǎn)是很有趣的?，F(xiàn)有的細(xì)胞層，如果環(huán)境不利，細(xì)胞甚至?xí)薷脑搶硬⒉迦胱陨恚?rdquo;Doostmohammadi 補(bǔ)充道。

“從揭示細(xì)胞插入機(jī)制中獲得的理解對(duì)于不需要的細(xì)胞(例如癌細(xì)胞)侵入細(xì)胞層的情況具有影響。這種理解是以后開發(fā)治療方法的先決條件。”

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