巨噬細胞長程傳遞信號,揭示斑馬魚條紋形成機制

马德里竞技照片 www.zjdlht.com.cn 在一項新的研究中,來自美國華盛頓大學的研究人員發現脊椎動物免疫系統中的一種常見的細胞類型在其他細胞之間的通信中發揮著一種獨特的作用。他們證實這種被稱作巨噬細胞的細胞能夠傳遞非免疫細胞之間的信息。相關研究結果于2017年2月16日在線發表在Science期刊上,論文標題為“A macrophage relay for long-distance signaling during postembryonic tissue remodeling”。


圖片來自Dae Seok Eom, David Parichy


這項研究描述了斑馬魚中的色素細胞如何指派巨噬細胞傳遞在它的皮膚色素圖案形成中發揮重要作用的信息。這是首次報道巨噬細胞長程地接力傳遞非免疫細胞之間的信息。不過,鑒于巨噬細胞在所有脊椎動物中都是常見的,這些研究人員認為他們的發現并不只是水生生物的怪癖。巨噬細胞可能是常見的細胞間長程信息的傳遞者。

論文通信作者、華盛頓大學生物學教授David Parichy說,“如果色素細胞知道如何利用巨噬細胞傳遞信號,那么有理由認為其他細胞也會如此。這可能在多種細胞和動物中發生?!?/span>

Parichy和論文第一作者、華盛頓大學博士后研究員Dae Seok Eom是在研究斑馬魚時發現巨噬細胞的這種新作用的。他們想要理解斑馬魚如何獲得它的銀黃色條帶和黑色條帶。每種顏色---黑色、黃色和銀色---起源自一種不同類型的色素細胞。當斑馬魚幼小時,這些色素細胞遷移到合適的位點,形成這些條帶。

Parichy說,“當遷移時,這三種色素細胞群體之間的通信對形成我們在成年斑馬魚中觀察到的這些條帶是至關重要的?!?/span>

Eom和Parichy利用實驗室遺傳工具讓斑馬魚色素細胞發出熒光,從而使得在顯微鏡下更容易追蹤這些細胞。在這一過程中,他們發現在色素圖案形成的高峰期間,作為黃色素細胞的前體細胞,xanthoblast產生獨特的精致的凸起(projection)。他們根據數學家、天文學家Sir George Airy和希臘信使女神Iris的名字,將這種凸起命名為airineme。

Parichy說,“xanthoblast以迂回的幾乎隨機的方向長出這些薄的凸起。這些凸起最終遇到另一種色素細胞,即黑色素細胞,這時它們的長出才會停止下來?!?/span>

Eom和Parichy發現這些凸起含有微小的膜包圍的蛋白囊泡,囊泡中的蛋白給黑色素細胞提供分子信號。他們證實當來自xanthoblast的凸起遇到黑色素細胞時,來自這種凸起中的提供分子信號的蛋白導致這種黑色素細胞遷移到條帶中。

但是他們之前一直都不能夠理解這些凸起如何找到黑色素細胞,或者為何它們采取這樣一種看似隨機的路線,直到Eom取得一項至關重要的觀察結果。

Eom說,“我觀察到一個巨噬細胞與一個凸起相互作用,然后與另一個凸起相互作用,然后再與另一個凸起相互作用。在一項實驗中,我觀察到來自xanthoblast的178個凸起,它們當中的94%明顯地與巨噬細胞相互作用?!?/span>

巨噬細胞不斷地在遷移。在魚、人類和在進化樹上位于這兩者之間的任何一種生物中,它們在身體的組織中游蕩,像變形蟲那樣匍匐而行。在行進途中,它們抽樣檢查它們的環境,拾起和吞噬碎片。它們吞噬的戰利品經常是無害的細胞碎片。但是如果巨噬細胞吞噬一種病原體,或者接收到表明附近的細胞遭受到入侵者攻擊的信號,那么它們能夠給免疫系統中的其他細胞發送警報。

在了解到這種知識后,Eom測試了巨噬細胞是否真正地促進黃色素細胞和黑色素細胞之間的對話。利用遺傳工具,他培育出缺乏巨噬細胞的斑馬魚,結果觀察到xanthoblast產生少得多的凸起。在這種情形下,黑色素細胞不能正確地遷移形成條帶。

當巨噬細胞隨機地遇到凸起時,Eom利用顯微鏡捕獲到它們如何作出表現的圖片和影片。一個巨噬細胞似乎吞噬一個凸起表面上的球形蛋白囊泡的一端,拖著它移動,從而將這個凸起拉伸。

Eom說,“如今,我們知道為何凸起似乎采取這種迂回的隨機路線。它們被隨機移動的巨噬細胞拖著?!?/span>

但是,當這個巨噬細胞遇到一個黑色素細胞時,它似乎從這個凸起切換到這個黑色素細胞,遷移走,很可能通過這個凸起將信息傳遞到這個黑色素細胞。

Eom證實來自xanthoblast的凸起中的蛋白囊泡膜含有一種脂質,這種脂質對巨噬細胞而言是一種“吃我”信號,這可能解釋了為何巨噬細胞附著和拖著這種凸起。他和Parichy計劃研究為何巨噬細胞不吞噬凸起,以及如何特異性地從凸起切換到黑色素細胞。

不過鑒于巨噬細胞喜歡四處游蕩和拾起物體,Parichy認為這不可能是唯一的例子表明巨噬細胞能夠被免疫系統之外的細胞指派。
Parichy說,“我們在這項研究中觀察到的巨噬細胞行為很可能也在它們發揮重要作用的其他環境(如組織發育和再生,癌癥等等)中發生著。我們能夠輕松地觀察到在多種情形下,巨噬細胞如何可能促進細胞間信號傳遞。


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