Science：新發(fā)現許多動(dòng)物細胞也能跟神經(jīng)元一樣伸長(cháng)并彼此間形成突觸
摘要：
加州大學(xué)舊金山分校的研究人員發(fā)現，許多的動(dòng)物細胞類(lèi)型同樣能夠伸長(cháng)并在彼此之間形成突觸，它們采用信號蛋白代替神經(jīng)元所利用的神經(jīng)遞質(zhì)和電沖動(dòng)作為信息單位。這一研究發(fā)現直接地挑戰了普遍的動(dòng)物細胞通訊生物學(xué)模型。相關(guān)文章發(fā)表于2014年1月2日的《Science》雜志上。
加州大學(xué)舊金山分校心血管研究所生物化學(xué)教授、**研究員Thomas B. Kornberg博士說(shuō)：“這一機制與神經(jīng)元和其他細胞之間通訊的方式相似。而普遍的觀(guān)點(diǎn)認為非神經(jīng)元細胞主要是將信號蛋白胞吐到細胞外液中，希望它們找到正確的目標。”
采用果蠅活體組織開(kāi)展研究，Kornberg和他的研究小組證實(shí)細胞生長(cháng)出了稱(chēng)作為cytoneme的胞質(zhì)細長(cháng)管狀結構。Kornberg說(shuō)：“在接觸到靶向的細胞之前，它們能夠延伸跨越50個(gè)或100個(gè)細胞的長(cháng)度。Cytoneme和靶細胞之間的接觸點(diǎn)在兩個(gè)細胞之間發(fā)揮了通訊橋梁的作用。”
“很久以前人們都知道，神經(jīng)元以一種相似的方式進(jìn)行通訊——在稱(chēng)之為軸突的長(cháng)管中長(cháng)距離傳導沖動(dòng)，在稱(chēng)作為突觸的接觸點(diǎn)傳遞信號。然而，一直以來(lái)人們認為這種信號模式為神經(jīng)元所獨有。我們現在證實(shí)，許多的動(dòng)物細胞類(lèi)型同樣能夠伸長(cháng)并在彼此之間形成突觸，它們采用信號蛋白代替神經(jīng)元所利用的神經(jīng)遞質(zhì)和電沖動(dòng)作為信息單位。
Kornberg說(shuō)：“我認為，目前**有強力的實(shí)驗數據表明，這些信號蛋白是在接觸點(diǎn)通過(guò)Cytoneme從一個(gè)細胞移動(dòng)到另一個(gè)細胞。”
“在100年來(lái)的研究工作和成千上萬(wàn)的科學(xué)論文中，人們只是簡(jiǎn)單地認為這些蛋白是穿過(guò)細胞外液從一個(gè)細胞移動(dòng)到另一個(gè)細胞的。因此這是以一種完全不同的方式來(lái)思考組織中的信號傳送機制。”
利用果蠅翅膀上的細胞生成和發(fā)送信號蛋白Decapentaplegic (Dpp)，Kornberg和研究小組證實(shí)Dpp是在細胞之間cytoneme形成連接的位點(diǎn)進(jìn)行傳送，cytoneme是Dpp在細胞之間移動(dòng)的導管。
科學(xué)家們發(fā)現接觸點(diǎn)具有神經(jīng)元所形成的突觸的特征。他們在基因工程改造缺失突觸生成蛋白的果蠅中證實(shí)，細胞不能夠成功地形成突觸或傳送信號。
Kornberg 說(shuō)：“在突變體中，靶細胞不接收信號，信號傳導被阻斷。這證實(shí)了直接接觸是信號傳遞、信號接收和信號發(fā)送的必要條件。”
Kornberg說(shuō)以往未觀(guān)察或研究動(dòng)物細胞cytoneme的主要原因在于這些結構太過(guò)脆弱，采用傳統的實(shí)驗室成像細胞制備方法它們無(wú)法存留下來(lái)。“在過(guò)去的10多年里取得了極大的技術(shù)進(jìn)步，涌現了一些遺傳工程新技術(shù)，活細胞成像分辨率和敏感度提高的新型顯微鏡，以及開(kāi)發(fā)了一些能夠附著(zhù)到目的蛋白上去的熒光標記蛋白。”
利用這些新技術(shù)，Kornberg和研究小組捕獲了正移動(dòng)通過(guò)熒光標記cytoneme的熒光信號蛋白的生動(dòng)圖像及影像。
“我們并沒(méi)有說(shuō)細胞總是利用cytoneme來(lái)傳送信號。例如，**是遠距離細胞信號傳導的另一種手段。攝取胰島素的細胞并不會(huì )在意胰島素來(lái)自何處——是來(lái)自胰腺或是靜脈注射。但有一些特殊信號類(lèi)型，例如在干細胞以及周?chē)毎g傳遞的信號，或是決定組織生長(cháng)、模式和功能的信號，必須**確定通訊細胞的特征。這些信號是在生成它們的細胞環(huán)境下被接收，這一點(diǎn)很重要。”
Kornberg指出，其他一些研究小組的觀(guān)察結果表明，基于cytoneme的信號有可能也發(fā)生在干細胞和向它們下達指令的細胞之間。癌細胞也可能利用了這種方法來(lái)與他們的相鄰細胞進(jìn)行通訊。
“發(fā)現動(dòng)物細胞cytoneme以及它們在長(cháng)距離信號傳導中起重要作用，開(kāi)啟了在這方面我們了解甚少的奇妙生物學(xué)。例如，這些cytoneme是如何找到它們的靶標的?它們是如何知道何時(shí)找到了靶標的?其中有一些問(wèn)題我們正在探究，”Kornberg說(shuō)。
原文摘要：
Cytoneme-Mediated Contact-Dependent Transport of the DrosophilaDecapentaplegic Signaling Protein
Sougata Roy, Hai Huang, Songmei Liu, Thomas B. Kornberg
Decapentaplegic (Dpp), a Drosophila morphogen signaling protein, transfers directly at synapses made at sites of contact between cells that produce Dpp and cytonemes that extend from recipient cells. The Dpp that cytonemes receive moves together with activated receptors toward the recipient cell body in motile puncta. Genetic loss-of-function conditions for diaphanous, shibire, neuroglian and capricious perturbed cytonemes by reducing their number or only the synapses they make with cells they target; and reduced cytoneme-mediated transport of Dpp and Dpp signaling. These experiments provide direct evidence that cells use cytonemes to exchange signaling proteins, that cytoneme-based exchange is essential for signaling and normal development, and that morphogen distribution and signaling can be contact-dependent, requiring cytoneme synapses.
