新机制阐明细胞如何迁移

与汽车类似，细胞需要转向机构，引导它们朝向某个目标或方向。由HEO Won Do教授领导的认知与社会中心(IBS基础科学研究所)和KAIST的科学家发现了一种参与细胞运动的关键蛋白的功能，并阐明了细胞如何迁移。最近在PNAS上发表的这些发现提供了对细胞运动的更深入理解，并且可以使诸如癌症，免疫学和神经学研究等几个生物学领域受益。

发育，组织修复，免疫等需要细胞迁移。例如，在伤口的情况下，成纤维细胞(结缔组织的主要细胞)需要向伤口爬行以便沉积赋予新组织结构和支撑的分子。通过研究成纤维细胞的短途旅行，IBS科学家发现一种名为PLEKHG3(PI3K调节的RhoGEF)的蛋白质，其功能以前不清楚，在细胞迁移中起关键作用。。实际上，虽然汽车有方向盘和后齿轮来控制方向，但是在移动之前，电池需要确定在任何给定时间哪个是前部和后部。这被称为细胞极性，它通过在细胞的一侧收集某些分子而获得。一些分子主要在细胞前部需要，而另一些则集中在后部。一旦建立极性，前侧向前移动，后侧被拉上。IBS科学家诱导成纤维细胞过量产生PLEKHG3，然后在成纤维细胞的前缘观察到这种蛋白质的积累，这有助于细胞向前移动的速度是不会过度产生这种蛋白质的成纤维细胞的两倍。

移动的成纤维细胞的外观具有特征性的扇形形状，其中较大的侧面代表前缘。为了确认细胞极性需要PLEKHG3，来自认知和社会中心的科学家从一些成纤维细胞中去除了PLEKHG3并观察他们的行为。缺乏PLEKHG3的细胞失去了扇形的形状并且移动得更慢。此外，使用先前由同一实验室开发的称为LARIAT的光遗传学技术，研究人员能够使用光来控制PLEKHG3的功能。当细胞被蓝光照射时，PLEKHG3蛋白与蓝光受体结合在一起并停止发挥作用。移除此灯可使细胞恢复正常形状和极性。此外，科学家还使用另一种光遗传学工具来改变细胞内PLEKHG3的位置，并可以操纵它们的迁移方向。

细胞的前缘还包含由另一种蛋白质组装而成的细丝网络，这种蛋白质对称为肌动蛋白的运动至关重要。研究人员发现，PLEKHG3在30秒内与新形成的肌动蛋白丝结合，并激活其他促进肌动蛋白丝形成的蛋白质。这些结合反过来促进在细胞前缘募集更多PLEKHG3蛋白，以进一步增强细胞极性和迁移。“通过直接结合细胞前端的肌动蛋白丝，PLEKHG3是细胞运动调节的核心，”Heo教授解释道。“我们知道肌动蛋白丝负责细胞运动，并且有蛋白质可以增强肌动蛋白丝网络的形成：现在我们缺少这个链接!”

“PLEKHG3是独一无二的，因为它通过诱导细胞极性促进细胞迁移。因为PLEKHG3对细胞运动非常重要，我们希望继续在其他类型的细胞中研究它，包括神经元。我们预测这种蛋白质可能在神经元中发挥作用。学习和记忆过程中的可塑性，“Heo教授总结道。