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巨噬细胞长程传递信号,揭示斑马鱼条纹形成机制 - 实验动物

巨噬细胞长程传递信号,揭示斑马鱼条纹形成机制 - 实验动物

巨噬细胞长程传递信号,揭示斑马鱼条纹形成机制 - 实验动物

图片来自DaeSeokEom,DavidParichy在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学的研究人员发现脊椎动物免疫系统中的一种常见的细胞类型在其他细胞之间的通信中发挥着一种独特的作用。

他们证实这种被称作巨噬细胞的细胞能够传递非免疫细胞之间的信息。 相关研究结果于2017年2月16日在线发表在Science期刊上,论文标题为Amacrophagerelayforlong-distancesignalingduringpostembryonictissueremodeling。

这项研究描述了斑马鱼中的色素细胞如何指派巨噬细胞传递在它的皮肤色素图案形成中发挥重要作用的信息。

这是首次报道巨噬细胞长程地接力传递非免疫细胞之间的信息。

不过,鉴于巨噬细胞在所有脊椎动物中都是常见的,这些研究人员认为他们的发现并不只是水生生物的怪癖。

巨噬细胞可能是常见的细胞间长程信息的传递者。

论文通信作者、华盛顿大学生物学教授DavidParichy说,如果色素细胞知道如何利用巨噬细胞传递信号,那么有理由认为其他细胞也会如此。

这可能在多种细胞和动物中发生。

Parichy和论文第一作者、华盛顿大学博士后研究员DaeSeokEom是在研究斑马鱼时发现巨噬细胞的这种新作用的。

他们想要理解斑马鱼如何获得它的银黄色条带和黑色条带。 每种颜色---黑色、黄色和银色---起源自一种不同类型的色素细胞。 当斑马鱼幼小时,这些色素细胞迁移到合适的位点,形成这些条带。

Parichy说,当迁移时,这三种色素细胞群体之间的通信对形成我们在成年斑马鱼中观察到的这些条带是至关重要的。 Eom和Parichy利用实验室遗传工具让斑马鱼色素细胞发出荧光,从而使得在显微镜下更容易追踪这些细胞。

在这一过程中,他们发现在色素图案形成的高峰期间,作为黄色素细胞的前体细胞,xanthoblast产生独特的精致的凸起(projection)。

他们根据数学家、天文学家SirGeorgeAiry和希腊信使女神Iris的名字,将这种凸起命名为airineme。 Parichy说,xanthoblast以迂回的几乎随机的方向长出这些薄的凸起。

这些凸起最终遇到另一种色素细胞,即黑色素细胞,这时它们的长出才会停止下来。

Eom和Parichy发现这些凸起含有微小的膜包围的蛋白囊泡,囊泡中的蛋白给黑色素细胞提供分子信号。 他们证实当来自xanthoblast的凸起遇到黑色素细胞时,来自这种凸起中的提供分子信号的蛋白导致这种黑色素细胞迁移到条带中。 但是他们之前一直都不能够理解这些凸起如何找到黑色素细胞,或者为何它们采取这样一种看似随机的路线,直到Eom取得一项至关重要的观察结果。 Eom说,我观察到一个巨噬细胞与一个凸起相互作用,然后与另一个凸起相互作用,然后再与另一个凸起相互作用。 在一项实验中,我观察到来自xanthoblast的178个凸起,它们当中的94%明显地与巨噬细胞相互作用。

巨噬细胞不断地在迁移。 在鱼、人类和在进化树上位于这两者之间的任何一种生物中,它们在身体的组织中游荡,像变形虫那样匍匐而行。 在行进途中,它们抽样检查它们的环境,拾起和吞噬碎片。 它们吞噬的战利品经常是无害的细胞碎片。

但是如果巨噬细胞吞噬一种病原体,或者接收到表明附近的细胞遭受到入侵者攻击的信号,那么它们能够给免疫系统中的其他细胞发送警报。 在了解到这种知识后,Eom测试了巨噬细胞是否真正地促进黄色素细胞和黑色素细胞之间的对话。 利用遗传工具,他培育出缺乏巨噬细胞的斑马鱼,结果观察到xanthoblast产生少得多的凸起。

在这种情形下,黑色素细胞不能正确地迁移形成条带。 当巨噬细胞随机地遇到凸起时,Eom利用显微镜捕获到它们如何作出表现的图片和影片。 一个巨噬细胞似乎吞噬一个凸起表面上的球形蛋白囊泡的一端,拖着它移动,从而将这个凸起拉伸。 Eom说,如今,我们知道为何凸起似乎采取这种迂回的随机路线。

它们被随机移动的巨噬细胞拖着。

但是,当这个巨噬细胞遇到一个黑色素细胞时,它似乎从这个凸起切换到这个黑色素细胞,迁移走,很可能通过这个凸起将信息传递到这个黑色素细胞。

Eom证实来自xanthoblast的凸起中的蛋白囊泡膜含有一种脂质,这种脂质对巨噬细胞而言是一种吃我信号,这可能解释了为何巨噬细胞附着和拖着这种凸起。 他和Parichy计划研究为何巨噬细胞不吞噬凸起,以及如何特异性地从凸起切换到黑色素细胞。

不过鉴于巨噬细胞喜欢四处游荡和拾起物体,Parichy认为这不可能是唯一的例子表明巨噬细胞能够被免疫系统之外的细胞指派。 Parichy说,我们在这项研究中观察到的巨噬细胞行为很可能也在它们发挥重要作用的其他环境(如组织发育和再生,癌症等等)中发生着。 我们能够轻松地观察到在多种情形下,巨噬细胞如何可能促进细胞间信号传递。

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