Cell：重磅！深刻揭示細胞通信語言

來源：作者：人氣：-發表時間：2017-09-20 09:37:00【大中小】

在一項新的研究中，來自美國加州理工學院（Caltech）的研究人員發現了細胞用來彼此之間進行通信的分子密碼。這種“語言”被認為在許多類型的細胞通信中是常見的，而且對設計未來的療法產生影響。相關研究結果發表在2017年9月7日的Cell期刊上，論文標題為“Combinatorial Signal Perception in the BMP Pathway”。論文通信作者為Caltech生物學與生物工程教授、霍華德-休斯醫學研究所研究員Michael Elowitz。

細胞用來彼此之間進行通信的分子密碼

正如人類使用字母和文字來創造信息，細胞釋放被稱作配體的分子到環境中，從而將信息（如分化或增值的指令）發送給它們的周圍細胞。這些配體與其他細胞的表面上的受體結合，這些受體理解這種信息，并且觸發一系列化學反應，從而將它接力傳遞給細胞內部的正確分子。

這些研究人員研究了一種主要的通信通道，即骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein, BMP）通路。該通路幾乎在所有組織中運行，是癌癥療法的一種靶標。這種通路在不同的組合中使用許多不同的配體和受體。奇怪的是，BMP通路中的這些配體和受體以許多不同的方式中相互混合并相互匹配，而且似乎是毫無頭緒的。

Elowitz說，“人們可能認為每種配體僅與一種受體配對，但情況并非如此。相反，所有的這些配體不加區分地與所有的這些受體相互作用。這看起來一團糟，與人們設計通信系統讓每個通信通道保持獨立的方式完全不同。因此我們想知道為何細胞會以這種方式進行通信。”

為了弄清楚分子不加區分地相互作用帶來哪些益處，Elowitz團隊在實驗室中構建出不同的BMP配體混合物，并將它們添加到某些細胞---來自小鼠的乳腺細胞、胚胎干細胞和被稱作成纖維細胞的結締組織細胞---中。他們吃驚地發現細胞利用配體的組合而不是利用單個配體本身，解碼信息。

論文第一作者、Caltech生物學與生物工程博士后研究員Yaron Antebi說，“有一天，我來到實驗室，將兩種配體混合在一起，其中這兩種配體各自都能很強地激活細胞。但是第二天，當我們檢測這些細胞時，它們根本沒有作出反應。這使我們提出了這樣的一種理論：細胞并不傾聽單個配體，而是傾聽配體的組合。配體的組合才有意義。不同的配體組合編碼著細胞的不同指令。”

Elowitz團隊也觀察到不同類型的細胞能夠通過執行不同的計算從相同的配體組合中提取出不同的信息---一種細胞可能加入兩種配體的濃度來接收一種消息，而另一種細胞可能測量這兩種配體的比值來解碼另一種信息。論文共同作者、Elowitz實驗室研究員James Linton說，“我們驚奇地發現不僅一種信息編碼在這些配體中，而且不同的細胞能夠利用這些相同的配體分子提取出不同的信息，如增殖或分化的指令。”

Elowitz團隊發現這種利用相同的配體分子編碼多種信息的能力是因為不同類型的細胞在它們的表面上表達不同的受體組合。

這種通信系統（即BMP通路）的一種特征是細胞能夠將信息發送給特定的細胞類型。Elowitz說，“這就像在一個擁擠的房間里，每個人都在說話，有人想要引起你的注意，喊你的名字。其他人可能會自動忽略它，但你會注意，因為你是這種信息的目標。”

Antebi補充道，“這種交流的選擇性是非常有用的。可以想象一下，如果你骨折了，那么你只需讓損傷區域中的骨細胞增殖并重建這種損傷區域，而不是讓周圍的所有細胞都增殖。”

這些發現為理解信息如何在分子之間傳遞提供了基礎。盡管這項研究還處于早期階段，但是更好地理解細胞通信可能會導致人們開發出靶向腫瘤或特定細胞類型但不會影響任何其他細胞的生物藥物。

文章來源

Yaron E. Antebi, James M. Linton, Heidi Klumpe et al. Combinatorial Signal Perception in the BMP Pathway. Cell, 7 September 2017, 170(6):1184–1196, doi:10.1016/j.cell.2017.08.015