Nature子刊：细胞如何躲避障碍物

当迁移细胞遇到障碍物时，它们的细胞膜在接触时变平。EMBL的研究人员发现，一种名为Snx33的蛋白质可以感知膜曲率的变化，并帮助局部破坏细胞骨架的稳定。这个过程可以帮助细胞避开障碍物并朝不同的方向移动。这种机制可能在许多不同类型的迁移细胞中都很活跃，比如免疫细胞或癌细胞。

　　

想象一下，一个黑暗的房间里堆满了家具。现在想象一下通过它到达另一边，只用你的脚趾来引导。虽然这对我们来说似乎很有挑战性(或说不出的乏味)，但这是我们身体中许多细胞在组织中迁移时经常执行的任务。来自海德堡EMBL Diz-Mu?oz小组的新研究现在已经确定了一种新的分子途径，可以帮助细胞实现这一壮举。

细胞的运动通常是先将外膜和细胞质的一部分向选定的方向伸展。这个突起，被称为“前缘”，一开始是高度动态的，但随着细胞慢慢建立底层骨骼结构，它就会固定下来。这种“细胞骨架”是由一种叫做肌动蛋白的蛋白质细丝组成的，它有助于稳定细胞的前缘，并允许细胞的其余部分向那个方向移动。

然而，当前缘遇到障碍物时，事情就变得棘手了，比如另一个细胞或物理屏障。Alba Diz-Mu?oz在EMBL的小组研究细胞表面的机械相互作用如何调节其行为。“我们有一些材料科学家对生物学的看法，流动性、粘度和曲率等物理特性，特别是在膜界面处，会影响细胞对环境的反应。然而，对于这在分子水平上是如何协调的，我们知之甚少。”

在发表在《自然通讯》上的这项新研究中，Diz  Muñoz的研究小组已经确定了一种蛋白质Snx33，它是细胞在遇到障碍时阻止前沿进展的关键调节因子。Snx33属于一种叫做bar结构域蛋白的蛋白质大家族，这种蛋白质以其感知膜曲率的能力而闻名。

当细胞碰到障碍物时，由于这种相互作用，前缘变平，从而改变了曲率。通过一系列优雅的实验，研究人员展示了Snx33如何通过招募有助于抑制肌动蛋白细胞骨架的分子机制来应对这种变化。这反过来又帮助细胞慢慢地溶解前缘，并向不同的方向前进。因此，Snx33基因被删除的细胞在拥挤或有障碍的环境中导航速度较慢。

目前已知的几种bar结构域蛋白在动物细胞中高度保守。“从我们的观察来看，BAR结构域蛋白的多样性可以让细胞以独特的方式解码和反应来自膜曲率的信息，从而对各种环境刺激做出快速而复杂的反应，”该研究的第一作者、Diz- Muñoz实验室的前博士生Ewa Sitarska说。

Diz- Muñoz认为，鉴于bar结构域蛋白的普遍存在，其他迁移细胞类型也可能使用类似的导航机制。这不仅与免疫细胞(如本研究中的中性粒细胞样细胞)高度相关，而且与转移性肿瘤细胞、发育过程中的胚胎细胞，甚至是自由生活的单细胞微生物也高度相关。

Diz- Muñoz说:“我们已经确定了一个分子看门人，它基本上告诉细胞:‘你遇到了障碍，去别的地方吧。’”“我认为感知曲率和激活下游分子途径的一般原理可能适用于更广泛的长度和时间尺度，甚至可能适用于组织水平。”

该研究涉及与许多其他EMBL小组的合作，包括海德堡EMBL的Anna Erzberger, Anna Kreshuk和Yannick Schwab的小组，以及汉堡EMBL的Jan Kosinski的小组。

该研究也为曲率传感蛋白的进一步研究提供了动力。“哺乳动物细胞中有超过80种不同的蛋白质被认为可以感知曲率，更多的蛋白质仍在被发现，”西塔斯卡说。“我们的工作暗示了这一过程的重要性和广泛性。大多数这些蛋白质仍然知之甚少，因此，提供了一个非常有趣的研究课题。