生命学院吕鹏飞课题组揭示上皮细胞集体迁移机制

发布者:行政办公室(A)发布时间:2020-10-13浏览次数:11

院吕鹏飞课题组最新研究发现乳腺上皮的集体迁移是一个独特且多阶段的过程,与以前所报导的细胞集体迁移不同,它采用了新的机制来决定集体迁移的方向和驱动集体迁移。10月13日,相关成果以Asymmetric stratification-induced polarity loss and coordinated individual cell movements drive directional migration of vertebrate epithelium为题,在学术期刊《细胞报告》(Cell Reports)上在线发表。

细胞集体迁移是指一群细胞通过细胞-细胞交流、细胞-细胞外环境相互作用而协同运动的过程。近年来的研究证明细胞集体迁移是多细胞生物生命活动中的一个重要过程,但是其发生的细胞和分子生物学机理,目前还知之甚少。迁移是细胞生命活动中和增殖、凋亡、功能分化一样极为重要的基本行为。例如免疫细胞就通过迁移去发现、捕获、吞噬和消灭进入体内的病原体,以保证生命个体的健康。经过几十年的研究,科学家现在对像免疫细胞等单个的细胞迁移行为理解较为透彻。然而,近年来的研究证明在胚胎发育、器官形成、伤口愈合等重要的生命活动中,细胞往往不是以个体的形式进行运动,它们往往聚集在一起,以有着高度分工、协同和规律性的方式进行运动,这就是所谓的集体迁移。最新的研究也证明之前一直被认为是以单个细胞迁移来进行的癌症转移,实际上也往往是以集体迁移的方式来更加有效地把癌变的细胞输送到远端的器官组织中去。因此,研究集体迁移的细胞和分子生物学机理将对理解胚胎发育、器官发生和各种病理行为,包括癌症的治疗,起到非常重要的作用和深远的影响。

无论是单细胞还是多细胞,只要他们进行定向运动,就必须解决两个基本问题:如何决定方向?运动的动力从哪儿来?在目前所有的研究集体运动的模式系统中,这两个问题都被“领导者”细胞的选定而决定。具体而言,位于细胞簇最前端的“领导者”细胞感知细胞外信号,确定迁移方向,并通过伸出伪足与细胞外基质作用产生动力,从而驱动集体迁移,比如上皮细胞的2D伤口愈合模型。然而脊椎动物的乳腺、肺、肾和唾液腺这些含上皮导管的器官,它们的上皮细胞具有丰富的细胞间连接,这是维持上皮细胞极性的必要条件,也被认为是限制它们集体迁移的因素,这些上皮细胞是否发生集体迁移和如何迁移尚不清楚。

吕鹏飞课题组在之前的工作中发现乳腺上皮细胞,体外3D培养下能在成纤维细胞生长因子10(Fibroblast growth factor 10, FGF10)作用下集体迁移。课题组利用此发现探究了上述集体迁移中的两个基本问题,结果发现乳腺上皮细胞使用一种新的机制来确定迁移的方向和驱动迁移,并且发现这是一个多阶段的过程。首先,上皮细胞感知到FGF10的浓度梯度,靠近FGF10端即前端,细胞通过增殖变厚使整个上皮细胞团前后不对称来建立其“前后”极性。其次,前端增殖出来的细胞失去细胞极性。最后,前端失去极性的细胞群作为领导细胞,它们朝FGF10浓度高的地方伸出隐藏于细胞团表面的伪足,与其他集体迁移模型不同的是,这里的领导细胞是一群动态的位置不固定的细胞,其通过“拉动”和“推动”力量的结合来驱动迁移。该研究成果不仅为理解细胞集体迁移这一过程打开了一扇新的大门,也为今后理解由于细胞集体迁移导致的癌症扩散,例如乳腺癌的发生发展等提供了理论依据,并为寻找新的治疗靶点提供了新思路。

该论文中,吕鹏飞课题组副研究员吕韵哲为第一作者吕鹏飞教授为通讯作者生命学院2018级硕博连读生邓若兰、2018级硕士研究生游换阳、2017级本科生徐亦舒、Christopher Antos教授、孙建龙教授和加州大学Ophir Klein教授参与了本项研究。上海科技大学为第一完成单位。该项研究得到了科技部,国家自然科学基金委和上科大科研启动基金的支持。

文章链接:https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)31235-3

  

 | 上皮细胞集体迁移的过程。在FGF10作用下,靠近FGF10端,即前端发生细胞增殖和分层,使前端变厚而导致细胞团前后不对称,从而形成前后极性并伴随着增殖出来的细胞极性的丧失,细胞集体迁移过程中前端的“领导者”细胞可前后移动,位置不固定,并向前伸出隐藏于细胞团表面的伪足驱动细胞集体迁移。


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