整合不僅是人類之間具有社會意義的問題，也是構(gòu)成我們?nèi)祟惖募毎膯栴}。將新細胞添加到已經(jīng)建立的細胞群中對于在正常發(fā)育過程中塑造器官至關(guān)重要，但當癌細胞在其他細胞內(nèi)擴散時，同樣的機制也經(jīng)常被癌細胞劫持。

一項新的跨學(xué)科研究揭示了新細胞如何通過讀取鄰近組織的機械信息來加入組織。他們使用稱為絲狀偽足的細胞手指接觸相鄰細胞以打開細胞層。該研究發(fā)表在《自然通訊》上。

新細胞使用手指狀結(jié)構(gòu)打開宿主細胞層

為了解新細胞如何整合到細胞層中，該小組的科學(xué)家專注于細胞層中細胞層的形成。青蛙細胞與人類細胞具有許多共同特征，因此它們可用于此類研究。

在胚胎發(fā)育過程中，隨著新細胞從細胞中移出形成組織，這種多層細胞組合會重新排列。此過程必須以準確的精度進行，以便正確放置每一個傳入的單元格。

高分辨率顯微鏡圖像顯示，進入的細胞將手指狀結(jié)構(gòu)延伸到位于它們頂部的細胞層。

對實驗的詳細分析以及理論模型隨后揭示了傳入細胞使用它們的手指狀延伸來拉動宿主層的頂點，本質(zhì)上是在探測它們是否可以打開頂點并插入自己。

Niels Bohr 研究所助理教授兼主動智能物質(zhì)組負責(zé)人 Amin Doostmohammadi 解釋了它的工作原理：“我們發(fā)現(xiàn)了一種特殊的蛋白質(zhì)復(fù)合物，它聚集在頂點，并允許來自傳入細胞的手指與頂點。它就像傳入的細胞隨機伸出手臂，看看它們可以附著在哪里。”

物理模型預(yù)測活組織的行為

“然后我們轉(zhuǎn)向細胞層的物理計算機模型，看看我們是否可以預(yù)測哪些頂點更容易受到這些拉力的影響，”Doostmohammadi 說。“連接四個或更多細胞的點比連接三個細胞的點更容易打開。”

“在實驗中觀察到類似的趨勢，證實了理論預(yù)測，并表明確實進入的細胞使用拉力來找到宿主層內(nèi)的最薄弱點以插入自己。”

物理和生物實驗齊頭并進

研究人員使用一個非常簡單的頂點網(wǎng)絡(luò)物理模型通過邊連接在一起作為細胞形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的代理。

“通過這個簡單的模型，我們可以測試不同類型的頂點。我們可以拉動它們來模擬新細胞施加的拉力，我們可以檢查頂點可以承受多少張力，以及它們是否真的可以因此打開。 “

“這實際上是模型和實驗、物理學(xué)和生物學(xué)之間的對話：設(shè)計一個簡單的模型，調(diào)整它以最好地代表實驗中的關(guān)鍵元素，然后做出被實驗驗證的預(yù)測。”

傳入細胞在現(xiàn)有細胞層中創(chuàng)建自己的開口

然而，目前尚不清楚這些弱點最初是如何產(chǎn)生的。“當沒有傳入細胞時，細胞層中的薄弱點很少，而且大多數(shù)頂點只將三個細胞連接在一起。令我們驚訝的是，我們意識到正是當傳入細胞接近細胞層時，大量頂點連接在一起出現(xiàn)了四到五個細胞，這表明可能進入的細胞本身會影響上層細胞層中薄弱點的形成，”Doostmohammadi 說。

力學(xué)指導(dǎo)細胞整合

這些新發(fā)現(xiàn)強調(diào)了機械信息在胚胎發(fā)育過程中指導(dǎo)細胞運動的重要性，并有助于更好地理解指狀結(jié)構(gòu)(絲狀偽足)(侵襲性癌癥的常見特征)如何用于感知鄰近細胞。

“看到整個過程是多么的機械化，真是太神奇了。細胞沒有大腦或決策機制。因此，發(fā)現(xiàn)進入的細胞如何如此準確地拉動、探測和選擇細胞中的弱點是很有趣的?，F(xiàn)有的細胞層，如果環(huán)境不利，細胞甚至?xí)薷脑搶硬⒉迦胱陨恚?rdquo;Doostmohammadi 補充道。

“從揭示細胞插入機制中獲得的理解對于不需要的細胞(例如癌細胞)侵入細胞層的情況具有影響。這種理解是以后開發(fā)治療方法的先決條件。”