上皮細胞擠出如何受細胞密度調(diào)節(jié)
國際合作揭示了上皮細胞擠出是如何受細胞密度調(diào)節(jié)的。該研究于2016年10月5日發(fā)表在科學(xué)期刊Current Biology上。細胞密度如何影響擠壓?身體的外部和內(nèi)部表面被稱為上皮細胞片的一層細胞覆蓋。上皮細胞片的典型例子是皮膚,但上皮層也排列內(nèi)部空腔,例如血管,胃和口腔。這些細胞片的主要作用是提供抵抗物理損傷和感染的保護屏障。為了執(zhí)行這些功能,必須通過平衡細胞更新和去除來維持上皮細胞片的完整性。例如,腸道內(nèi)的細胞層每五天更新一次。變質(zhì),受損或不必要的細胞被靶向通過細胞凋亡消除 - 程序性細胞死亡的過程 - 允許它們被消除而不會對炎癥期間發(fā)生的鄰近健康細胞造成損害。
通過細胞擠出過程從上皮細胞片去除這些凋亡細胞以維持完整的屏障層。迄今為止,研究表明上皮細胞擠出是通過在靶向擠壓的細胞周圍的細胞中形成由基于蛋白質(zhì)的電纜和馬達構(gòu)成的可收縮環(huán)而發(fā)生的??墒湛s環(huán)在擠壓細胞的基部周圍收緊,將其推出上皮片并將周圍的細胞聚集在一起。雖然這種“荷包式”收縮機制常見于上皮細胞片,但許多觀察結(jié)果都是基于上皮層是單個細胞集合的假設(shè)。然而,實際上,這些多細胞片是高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu),
為了解釋這種復(fù)雜程度,由MBI和Institut Jacques Monod的Benoit Ladoux教授以及MBI的助理教授Yusuke Toyama組建了一個由生物學(xué)家,工程師和生物物理學(xué)家組成的跨學(xué)科團隊??茖W(xué)家利用微細加工技術(shù)創(chuàng)造出圓形的微圖案表面,可以控制上皮細胞片的生長和密度。通過觀察在這些圖案上生長的細胞片中的細胞擠出事件,通過延時和牽引力顯微鏡,他們發(fā)現(xiàn)細胞密度導(dǎo)致兩種不同的細胞擠出模式。在低細胞密度下,組織中的細胞是動態(tài)的和可移動的。當(dāng)這些細胞自由移動時,有時細胞密度在組織中的小塊中變高。這個密集區(qū)域的細胞經(jīng)歷細胞凋亡,選擇用于擠壓的凋亡細胞周圍的細胞共同向目標(biāo)細胞爬行,并在其下方延伸稱為片狀偽足的大而扁平的突起。這個動作將凋亡細胞從片中拉出,導(dǎo)致其擠出。然而,在高密度下,細胞太緊密而無法移動,從而阻止了集體細胞遷移和基于lamellipodia的擠出。在這些條件下,凋亡細胞周圍的細胞形成可收縮的環(huán),并使用荷包收縮來擠出并擠出細胞。防止集體細胞遷移和基于lamellipodia的擠壓。在這些條件下,凋亡細胞周圍的細胞形成可收縮的環(huán),并使用荷包收縮來擠出并擠出細胞。防止集體細胞遷移和基于lamellipodia的擠壓。在這些條件下,凋亡細胞周圍的細胞形成可收縮的環(huán),并使用荷包收縮來擠出并擠出細胞。
該研究首次揭示了兩種不同的機制可以從上皮細胞片中排出凋亡細胞。細胞擠出機制之間的選擇由細胞密度決定 - 細胞爬行和拉米松浸潤是低密度的主要機制,但是在高密度下有利于收縮。這些互補機制的存在對于確保在不同環(huán)境中去除不必要的細胞(例如凋亡細胞)以維持上皮細胞片的完整性可能是重要的。
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