分子抑制使细胞在移动中

大阪大学的研究人员展示了两种分子的相互抑制如何导致它们在细胞的两端定位，作为在一个细胞末端形成附肢的触发因素，使得定向细胞运动成为可能。为了应对环境的变化，个体细胞，包括一些构成复杂生物的细胞，需要移动。这可以通过使用称为伪足的投影来推动自己来实现。尽管该系统存在于许多不同物种中，但是控制它并使细胞在特定方向上移动的机制尚未完全阐明。

在最近发表在“ 自然通讯 ”杂志上的研究中，大阪大学的研究人员揭示了一种被称为粘液霉菌的生物细胞如何在其外膜中建立两个分子的极化分布。这两种分子仅在细胞的不同末端定位导致仅在一个细胞末端形成假形成的机器。这确保了来自伪足的单向力用于推进细胞，从而实现定向细胞运动。

研究人员使用了许多单细胞和单分子实验方法来分析粘液中的PIP3和PTEN分子，并确定它们的极化分布是如何产生的。首先，他们发现当PTEN不存在于细胞中时，PIP3分布在整个细胞膜上，导致产生多个伪足。这反过来又阻止了细胞运动。他们还量化了PIP3和PTEN的水平及其特定的细胞分布，并表明它们完全分布在膜上的不同区域，它们之间有明确的边界。

“我们的研究结果表明，PTEN和PIP3在细胞中起着超敏感的作用，”作者Masahiro Ueda说。“PTEN和PIP3的存在意味着它们相互抑制，阻止细胞在不同的末端形成伪足。这是一种非常有效的方法，可以保证细胞只在一个方向产生推进力，避免浪费能量。”

鉴于PTEN和PIP3似乎在从粘液菌到哺乳动物的一系列生物体中发挥相似的功能，这些发现可以解释许多物种的细胞运动性。具有两个相互抑制分子的正反馈回路的设置也可以在其他信号传导途径中起作用，考虑到其实现不同状态之间的超灵敏切换的效率。

“我们的工作也暗示了这个系统如何起到促进细胞活力的作用，”主要作者Satomi Matsuoka说。“例如，当化学趋势以特定的浓度梯度存在时，它会使细胞膜中富含PIP3的区域相对于该梯度定向自身，从而在梯度方向上产生推进力。这样，细胞被自动诱导向环境中的刺激物和有毒化学物质移动或远离它们。“