上皮組織缺陷生死攸關(guān)的問題
來自新加坡國立大學(xué)新加坡力學(xué)生物學(xué)研究所(MBI)的研究人員發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動上皮細胞從垂直單層細胞擠出的主要機制。這項工作于2017年4月13日在Nature上發(fā)表。
細胞的錯位預(yù)測細胞死亡和上皮組織中的去除
從組織中去除細胞定期發(fā)生。不僅去除了受損或垂死的細胞,而且細胞擠出過程可以防止區(qū)域過度擁擠。這不僅在組織和器官形成的發(fā)育過程中,而且在腫瘤不受控制地生長的疾病如癌癥中尤為重要。盡管細胞擠出在發(fā)育和衰老中的重要性,以及癌癥進展中的病理學(xué)重要性,但是標(biāo)記細胞去除的提示卻知之甚少。
現(xiàn)在,通過研究實驗室培養(yǎng)的單層上皮細胞,來自牛津大學(xué)和居里研究所的研究人員與MBI和Institut Jacques Monod,國家科學(xué)研究中心(CNRS)和巴黎狄德羅大學(xué)的科學(xué)家們一起研究發(fā)現(xiàn),驅(qū)動細胞死亡和去除的主要因素依賴于周圍細胞層中細胞的物理排列。特別是,上皮層細胞模式中缺陷的出現(xiàn)促進細胞死亡和從組織中消除。
在自然界中有幾個例子,其中分子或細胞類型以限定的方式排列。細菌菌落,脂肪分子,甚至細胞的內(nèi)部成分,只是幾個例子。另一個眾所周知的例子對應(yīng)于液晶,固體和液體之間的物質(zhì)狀態(tài),其可以由棒狀分子組成。在某些條件下,當(dāng)通過電場,磁場或溫度改變時,這些分子可以沿優(yōu)先取向排列。這種現(xiàn)象特別是眾所周知的,因為它被用于諸如液晶顯示器的技術(shù)中。在這種情況下,液晶的光學(xué)性質(zhì)由它們的排列決定。對齊方式的移位決定了我們在顯示屏上看到的內(nèi)容。與任何晶體一樣,液晶中不存在完美的排列,并且在它們的排列中出現(xiàn)嚴重改變其物理性質(zhì)的缺陷。這項研究的出發(fā)點是顯示細胞片的行為如何類似于液晶。
在這里,博士候選人Thuan Beng Saw先生和MBI的Chwee Teck Lim教授以及Institut Jacques Monod教授Benoit Ladoux(IJM,CNRS)和MBI,與Amin Doostmohammadi博士和Julia M. Yeomans教授(牛津大學(xué))合作, Philippe Marcq教授(居里研究所)和助理教授Yusuke Toyama(MBI)發(fā)現(xiàn),與手機或筆記本電腦顯示器中的液晶一樣,上皮細胞彼此平行排列,其“長”側(cè)面朝向同一方向。按照這個類比,他們還觀察到了“拓撲缺陷”的出現(xiàn)',這導(dǎo)致細胞重新排列,使它們像彗星一樣。在這種情況下,彗星圖案頭部的細胞已經(jīng)移位,現(xiàn)在它們垂直于構(gòu)成尾部的細胞排列。有些細胞高達90度。在液晶顯示器中,這種分子的重新排列僅改變材料的光學(xué)性質(zhì)。然而,在上皮片中,模式的這種變化可能意味著所涉及的細胞的生命或死亡。值得注意的是,在這種細胞重新排列后,靠近“彗星模式”頭部的細胞死亡并從周圍組織中移除。
為了進一步研究細胞死亡和拓撲缺陷之間的關(guān)系,他們檢查了在細胞未對準(zhǔn)的這些特定區(qū)域周圍產(chǎn)生的力。他們發(fā)現(xiàn)壓縮力集中在彗星圖案的頭部。該力在細胞擠出前一小時產(chǎn)生,并且足以在拓撲缺陷處引發(fā)細胞死亡。當(dāng)細胞通過蛋白質(zhì)電纜和粘連結(jié)構(gòu)彼此連接時,細胞的任何運動都會導(dǎo)致張力傳播到其鄰居。細胞的錯位導(dǎo)致細胞顯著彎曲,這導(dǎo)致這些區(qū)域的高壓應(yīng)力。這些應(yīng)激足以引發(fā)附近細胞的細胞凋亡和細胞擠出。
組織工程和再生醫(yī)學(xué)要求科學(xué)家在實驗室中仔細控制細胞生長和組織發(fā)育。這項工作中提出的研究結(jié)果對實現(xiàn)這種控制至關(guān)重要。實際上,研究人員通過在細胞生長的區(qū)域引入形狀來模擬與細胞死亡相關(guān)的拓撲缺陷,成功地控制了細胞如何排列。和擠壓。這使他們能夠確定細胞片材擠出的位置。這些發(fā)現(xiàn)為我們理解物理微環(huán)境如何在組織發(fā)育中發(fā)揮作用提供了重要的一步,并提供了研究人員可以控制,分析和研究細胞生長和死亡的新方法。
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