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细胞通过“波”传递信息

每一个基本的生物过程都需要细胞之间某种形式的交流,不仅是和它们的近邻,而且是和远得多的近邻。目前的理解是,这种信息交换依赖于信号分子的扩散或细胞间的传递。

京都大学医学院的一个研究小组在《发育细胞》杂志上发表了一篇论文,报告了一种依靠“机械化学”信号来控制细胞运动的通讯新方法。研究小组集中研究了一种基本的通路——mapk /ERK,又称ERK通路——并能够证明单个细胞的运动是如何触发级联反应,从而导致细胞群体的迁移。

“细胞中的机械和生化信号从根本上控制着从体内平衡、发育到疾病的一切,”这项研究的负责人平岛刚解释说。

“我们从过去的实验中知道ERK通路在细胞活性中有多么重要,但是它如何在细胞集合中繁殖的机制还不完整。”

MAPK/ERK是非常基础的,它存在于所有的细胞中,控制着从生长和发育到最终细胞死亡的广泛活动。当细胞表面的受体蛋白与信号分子结合时,这条通路被激活,导致蛋白质级联和反应在细胞内部扩散。

使用一种可以可视化单个细胞的活跃ERK通路的实时成像技术,研究小组开始观察细胞运动的影响。他们的发现出乎意料:当一个细胞开始扩张时,ERK活性增加,导致细胞收缩。

“细胞紧密地连接在一起,所以当一个细胞开始因ERK的激活而收缩时,它就会吸引它的邻居,”Hirashima解释说。这会导致周围的细胞扩张,激活它们的ERK,导致收缩,从而导致蜂群运动的拔河式传播。

“研究人员此前提出,当ERK被激活时,细胞会延长,所以我们的结果相当令人吃惊。”

研究小组将这些观察结果整合到一个数学模型中,结合了机械化学规律和定量参数。输出结果与实验数据一致。

“我们的工作清楚地表明,erk介导的机械化学反馈系统产生了复杂的多细胞模式,”Hirashima总结道。

“这将为理解许多生物学过程提供一个新的基础,包括组织修复和肿瘤转移。”

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