创新实验揭示了干细胞系绳和吊索的复杂动力学
在 KAUST 进行的研究旨在改善干细胞在体内的移动方式，以便它们能够在移植后到达需要它们的地方。图片来源：© 2021 KAUST；阿纳斯塔西娅·塞林
分子在细长的突起内移动，以帮助稳定血流内的迁移细胞。
一项创新的实验设计以单个分子的规模实时显示，干细胞如何通过生长附着在血管内表面的长系绳来减缓其在循环系统内的滚动。该策略可以帮助研究人员改进干细胞移植并找到转移癌症的新疗法。
人体中的许多细胞通过血管从一个器官到达另一个器官以执行特定的功能。例如，免疫细胞迁移到发炎的组织，癌细胞扩散到新的器官。干细胞也会迁移到新的位置以发育成不同的组织。“这种干细胞‘归巢’，细胞迁移到新的居住地，对于成功进行骨髓移植以治疗各种疾病也是必不可少的，”领导该研究的 Satoshi Habuchi 解释说。
归巢是一个多步骤的过程，在这个过程中，细胞缓慢地在血管内壁上滚动，然后在到达目的地后粘附在内壁上，最后穿过血管壁进入组织。
科学家们已经知道，归巢细胞会产生含有配体的系链，这些配体可以感知并结合血管内壁上的粘附分子。然而，直到现在，科学家们还无法直接将这种滚动可视化，以准确了解分子水平上发生的情况。
干细胞“归巢”是干细胞通过循环系统迁移到人体内需要它们的地方的过程。图片来源：© 2021 KAUST；阿纳斯塔西娅·塞林
Satoshi、Merzaban 和他们的团队能够通过使用微流体系统来模拟细胞滚动。“之前，归巢的束缚和滚动步骤被描述为内皮上的选择素与其干细胞上的配体之间的简单结合，”博士说。学生 Bader Al Alwan。“我们的研究结果表明，归巢的初始步骤更加动态和复杂。”
该团队的部分研究重点是了解为什么癌细胞在人体周围迁移的能力优于正常细胞。图片来源：© 2021 KAUST；阿纳斯塔西娅·塞林
研究小组发现，归巢细胞表面的单个微绒毛伸长形成单个系链。微绒毛中的配体迅速延伸到整个系链中，因此它们可以“嗅出”血管内层中的选择素。一旦定位，配体就会与选择素结合，将系绳连接到血管衬里。这有助于细胞抵抗血流的全部强度。当血流对细胞顶部施加压力时，它会向前滚动，拉伸绳索，直到它达到临界点，当它断裂并向前翻转以到达细胞前面时。现在称为吊索，它用于减慢细胞速度，以便它可以寻找指示其新家所在位置的分子。
“当我们开始时，我们没想到细胞形态在稳定细胞滚动方面发挥了如此关键的作用，”Al Alwan 说。“我们也对形态变化的程度感到惊讶，一些系绳合并成多个系绳，而另一些则延伸到细胞长度的十倍以上。”
由 Satoshi（右）领导的团队想要创建一个更精确的蛋白质图谱，这些蛋白质存在于归巢和迁移过程的每个步骤中。图片来源：© 2021 KAUST；阿纳斯塔西娅·塞林
“我们的研究重点是了解各种细胞如何使用粘附系统在体内移动。例如，一个目标是改善体内干细胞的运动，以便它们能够在移植后或其他疾病环境中到达需要的地方。我们还专注于了解癌细胞如何以及为何在迁移能力方面优于正常细胞，以便我们能够开发抑制其转移的方法。使用 Satoshi 和他的团队开发的复杂分析，我们还希望创建一个更精确的蛋白质图谱，这些蛋白质存在于归巢和迁移过程的每一步，以确定它们在迁移过程中何时何地是重要的，”生物科学家 Jasmeen 说Merzaban，该研究的联合首席研究员。
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参考：
“单分子成像和微流控平台揭示白血病细胞滚动的分子机制”，作者：Bader Al Alwan、Karmen AbuZineh、Shuho Nozue、Aigerim Rakhmatulina、Mansour Aldehaiman、Asma S. Al-Amoodi、Maged F. Serag、Fajr A. Aleisa、Jasmeen S. Merzaban 和 Satoshi Habuchi，2021 年 7 月 14 日，通信生物学。
DOI: 10.1038/s42003-021-02398-2