啟動越野模式!白血球與癌細胞移動自如

0

癌細胞和白血球都能快速移動,穿越各處的組織和器官,到達目的地。然而,它們如何經過人體內複雜的通道到達目標位置,仍然是待掀開的神秘面紗。

5 月 13 日,由奧地利科學技術研究院 Michael Sixt 教授刊登於《Nature》的研究顯示,白血球和癌細胞能因應環境的空間幾何,改變自己的形狀,尤其是在崎嶇地形中,進而推動自己的前進。該研究描述一種新的細胞運動機制,完全顛覆過去認知,即是與細胞外環境特異性結合的細胞運動。

先前研究指出,整合素(integrin)的對於幾乎所有類型細胞的生存和移動都是必不可少的,該研究團隊使用了不同類型的白血球和癌細胞,他們透過基因工程消除整合素功能,進而中斷細胞與其細胞外環境之間的結合。結果發現,白血球和癌細胞不需要整合素,就能移動並且生存。

為了分析這些細胞在不具黏附的情況下遷移的運動機制,他們專注於環境的幾何形狀而不是其分子組成。因此,他們設計具有不同幾何形狀管壁的微小細胞大小的微流體通道,包含從完全光滑、粗糙或鋸齒狀的紋理等。然後,他們再讓這些細胞遷移通過其通道,然後觀察到當管壁光滑且平行時,缺乏整合素的細胞竟然無法向前移動。該研究第一作者 Anne Reversat 提到,這些細胞的移動模式,就像汽車輪胎在冰冷的地面上旋轉一樣。

但是,當管壁上佈滿崎嶇的凹凸塊時,這些細胞反而可以有效地遷移而不需要整合素,彷彿就像越野賽車手駕輕就熟地在許多障礙處前進。

再來,他們更進一步地研究這種「越野賽車」細胞運動的生物力學。他們提出二種細胞運動模式的聯合力學主題,即是肌動蛋白(actin)-細胞骨架(cell’s cytoskeleton)的絲狀建築材料-從細胞的前端流向尾端。這種「肌動蛋白逆行流動」是細胞內的力量,一旦與環境偶合,就會向前推動細胞體。藉由整合素穿透細胞膜啟動力量偶合,因此能將細胞內肌動蛋白與細胞外基質(extracellular substrate)連接。

然而,正如科學家發現的那樣,肌動蛋白不僅可以經由整合素偶合,它也能在沒有任何跨膜受體情況下進行偶合。逆行流動會產生細胞內剪切力,每當有顛簸時就會推向通道管壁。如果管壁是平行的,或者凸塊之間的距離太遠,這是行不通的。另一種看待這種現象的方式是,細胞會隨著時間的推移改變其形狀而自我推進。畢竟,白血球是變形蟲細胞(amoeboid cells),其希臘文 amoibos 的意思是不斷變化。由於其組織的精細結構在幾何上非常複雜,因此變形蟲細胞始終可以依靠這種運動方式,這使它們具有極大的適應性。從本質上講,它們可以無處不在。

總結以上,本研究發現一個全新的細胞移動模式,可望為後續免疫細胞活動或癌細胞轉移(metastasis)研究提出一個新方向。

延伸閱讀:內皮細胞自主形成間隙 成了癌症轉移的順風車

參考資料:
1. Nature, 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2283-z
2. https://ist.ac.at/en/news/off-road-mode-enables-mobile-cells-to-move-freely/

©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因線上版權所有 未經授權不得轉載。合作請聯繫:[email protected]