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山東拓普生物工程有限公司

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在多細(xì)胞生物中，細(xì)胞相互連接，形成細(xì)胞層，覆蓋在組織和器官的表面，并在體內(nèi)形成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。例如，皮膚在整個(gè)機(jī)體周圍形成了一層保護(hù)層，而排列在血管上的細(xì)胞層在血液和組織之間形成了邊界。相鄰細(xì)胞之間的特殊連接確保了這些細(xì)胞屏障一方面穩(wěn)定而緊密，從而保護(hù)身體和器官免受病原體的侵害;另一方面，它們對(duì)特定物質(zhì)或遷移細(xì)胞仍然具有滲透性。這就是細(xì)胞如何允許溶解的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)狡鞴�，以及免疫系統(tǒng)的細(xì)胞如何能夠從血液穿過血管壁遷移到炎癥組織。

Münster大學(xué)的科學(xué)家們現(xiàn)在研究了果蠅(Drosophila melanogaster)卵巢的類似過程。在這里，成熟的卵細(xì)胞被一層上皮細(xì)胞包圍，卵細(xì)胞通過上皮細(xì)胞吸收卵黃形成卵白。研究人員發(fā)現(xiàn)，在三個(gè)細(xì)胞相遇的點(diǎn)上，上皮細(xì)胞以一種可控的方式松開它們的連接，卵黃蛋白通過由此產(chǎn)生的間隙運(yùn)送到卵細(xì)胞。而在只有兩個(gè)細(xì)胞連接的地方，這種連接得以維持，從而保持了組織的完整性。“我們的發(fā)現(xiàn)有助于更好地理解細(xì)胞屏障在發(fā)育過程中如何發(fā)揮作用和重組，這為破譯某些病理過程的機(jī)制提供了基礎(chǔ)，”發(fā)育生物學(xué)家、該研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Stefan Luschnig教授解釋說。這項(xiàng)研究現(xiàn)已發(fā)表在科學(xué)雜志《Developmental Cell》上。

對(duì)果蠅卵發(fā)育過程的調(diào)查

當(dāng)物質(zhì)通過細(xì)胞層運(yùn)輸時(shí)，細(xì)胞要么通過細(xì)胞層一側(cè)的膜將它們帶走，然后在另一側(cè)釋放——這需要大量的能量——要么物質(zhì)通過細(xì)胞間的縫隙擴(kuò)散。從其他昆蟲的研究中，我們已經(jīng)知道卵黃蛋白通常是通過包住卵細(xì)胞的上皮細(xì)胞之間的空隙運(yùn)輸?shù)铰鸭?xì)胞的。新的調(diào)查證實(shí)，果蠅的情況也是如此。然而，之前并不清楚這些細(xì)胞是如何在保持組織完整的同時(shí)成功地打開細(xì)胞間隙的。

為了可視化這些細(xì)胞過程并分析其背后的分子機(jī)制，科學(xué)家們用熒光分子標(biāo)記了果蠅的某些蛋白質(zhì)，將卵巢保留在組織培養(yǎng)中，并使用共聚焦激光掃描顯微鏡檢查活組織。他們把注意力集中在上皮細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)上。這些所謂的粘附蛋白機(jī)械地將細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)連接在一起，并密封細(xì)胞之間的空間。

細(xì)胞屏障在三個(gè)細(xì)胞的連接處打開

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，上皮細(xì)胞依次從細(xì)胞膜上剝離了四種不同的粘附蛋白。“這個(gè)過程需要幾個(gè)小時(shí),只有當(dāng)最后一種蛋白質(zhì)消失時(shí)，細(xì)胞連接才會(huì)打開,”生物學(xué)家Jone Isasti-Sanchez解釋說,他是這項(xiàng)研究的第一作者。連接點(diǎn)打開后，卵黃蛋白攝入卵中的過程持續(xù)約16小時(shí)，隨后過程逆轉(zhuǎn)，細(xì)胞間隙再次關(guān)閉。研究人員證明，細(xì)胞通過使用稱為內(nèi)吞作用的基本細(xì)胞過程，將粘附蛋白從表面吸收到細(xì)胞內(nèi)部，從而打開其接觸部位。一個(gè)重要的新發(fā)現(xiàn)是，內(nèi)吞作用似乎在三個(gè)細(xì)胞相遇的那些點(diǎn)上更大程度地發(fā)生，結(jié)果，細(xì)胞連接僅在這些點(diǎn)處開放。只有兩個(gè)細(xì)胞相遇時(shí)，則將保持聯(lián)系。Stefan Luschnig說，這個(gè)過程選擇性地發(fā)生在三個(gè)細(xì)胞接觸點(diǎn)，而且以這種有序的方式發(fā)生，這對(duì)于防止組織分裂可能是重要的。此外，他補(bǔ)充說，這個(gè)過程大概必須以非常可控的方式進(jìn)行，因?yàn)榻M織中門的打開會(huì)帶來病原體進(jìn)入的風(fēng)險(xiǎn)。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們還通過基因的方式增加或減少了粘附蛋白E-cadherin的數(shù)量，并且能夠證明這種蛋白質(zhì)的數(shù)量決定了細(xì)胞間隙開放的寬度。此外，他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞骨架的機(jī)械張力在這一過程中起著關(guān)鍵作用。這種張力是由一種由肌動(dòng)蛋白和肌凝蛋白組成的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，這種結(jié)構(gòu)環(huán)繞著細(xì)胞的外周并能夠收縮，類似于橡皮筋。當(dāng)研究人員增加細(xì)胞內(nèi)肌凝蛋白的活性時(shí)，細(xì)胞骨架收縮得更厲害，這就阻止了細(xì)胞連接的打開。