生殖细胞像微型推土机一样移动

在果蝇胚胎形成过程中，原始生殖细胞——后来将形成卵子和精子的干细胞——必须从胚胎的远端移动到它们在性腺中的最终位置。部分原始生殖细胞迁移是被动的;细胞被其他细胞的运动简单地推入到位。但在发育的某个阶段，原始生殖细胞必须自行移动。

“该领域的许多背景都是通过研究细胞如何在培养物中移动来建立的，并且有一个模型，它们通过使用细胞骨架推出膜来爬行，”实验室的博士后研究员 Benjamin Lin 说怀特黑德研究所所长露丝·莱曼 (Ruth Lehmann)。“我们不太确定它们是否真的在体内以这种方式移动。”

现在，在 9 月 14 日发表在《科学进展》杂志上的一篇新论文中，同时也是麻省理工学院生物学教授的莱曼、怀特黑德研究所和纽约大学医学院斯基尔博尔研究所的研究人员表明，生殖细胞在生长事实上，苍蝇胚胎正在使用一种不同的运动方式，这种方式取决于一种叫做皮层流动的过程，类似于推土机在旋转的踏板上移动的方式。该研究还揭示了控制这种生殖细胞运动的途径中的一个新参与者。Lehmann 说：“这项工作使我们更接近于了解指导生殖细胞在不断变化的细胞环境中进行漫长而复杂的旅程的调节网络。”

该研究还可以为研究人员提供一种新模型，用于研究这种类型的细胞在其他情况下的运动——例如，癌细胞已被证明在某些条件下通过皮层流动进行运动。“我们认为这种迁移行为模式具有更普遍的意义，它超越了原始生殖细胞，也适用于其他迁移细胞，”林说。

Lehmann 和 Lin 发现生殖细胞可能不会像科学家认为的那样移动的第一个线索来自一个简单的观察。“当我们开始研究这些原始生殖细胞如何在胚胎中移动时，我们发现这些细胞在移动时实际上保持气球的形状，而且它们实际上根本没有改变它们的形状，”林说。“这和爬行模式真的很不一样。”

但如果细胞不通过爬行移动，它们是如何在胚胎中移动的?为了了解更多信息，研究人员开发了新技术来对活蝇胚胎中的生殖细胞进行成像，并且能够观察到每个细胞中称为肌动蛋白的蛋白质簇在细胞本身向前移动时向后移动。

“在称为皮层的细胞膜下方有一层薄薄的肌动蛋白细胞骨架，它们实际上是通过使皮层‘流动’而移动的，”林说。“这就像如果你想到推土机的胎面在推土机向前移动时向后移动。细胞向后移动皮质以产生摩擦力以向前移动细胞。”

林假设这种运动方法特别适合生殖细胞在具有许多不同细胞类型的拥挤胚胎中移动，因为它不是依靠识别特定的蛋白质来“抓住”以将自己拉过胚胎，而是允许细菌细胞独立移动。“对于原始生殖细胞来说，一切都是非常个人主义的，”他说。“它们实际上根本不会互相发出信号，所有的信号都在每个细胞内……而且生殖细胞必须穿过这么多不同的组织，它们需要一种通用的运动方法。”

研究人员还发现了有关细胞如何控制这种运动形式的新信息。“我们发现一种叫做 AMPK 的蛋白质可以控制这条通路，这真是出乎意料，”林说。“大多数人都知道它是一种能感知能量的蛋白质。我们发现这种蛋白质对于帮助这些细胞导航很重要。它是这些上游参与者之一，可以控制细胞的移动速度和方向。”

未来，研究人员希望绘制出让生殖细胞在发育的正确时间到达正确位置的整个途径。他们还希望更多地了解皮层流动背后的机制。“我们想弄清楚什么对建立这些流程很重要，”林说。“我们在这里的发现不仅对生殖细胞有影响，对其他迁移细胞也有影响。”

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