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Science:细胞内随机性竞争决定B细胞命运

2012/01/10 来源:生物谷
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导读
来自澳大利亚沃尔特与伊丽莎-霍尔研究所(Walter and Eliza Hall Institute)的研究人员在研究能够制造抗体的免疫系统细胞即B细胞后,发现细胞对它们自己的命运也存在某种控制,从而在科学家们理解是什么决定细胞命运方面带来一场主要的震动。

来自澳大利亚沃尔特与伊丽莎-霍尔研究所(Walter and Eliza Hall Institute)的研究人员在研究能够制造抗体的免疫系统细胞即B细胞后,发现细胞对它们自己的命运也存在某种控制,从而在科学家们理解是什么决定细胞命运方面带来一场主要的震动。

B细胞能够有多种命运,其中较为更加常见的一些命运是死亡,分裂,成为能够分泌抗体的细胞或者改变它们制造的抗体。当B细胞在淋巴结增殖时,这些都在发生着。

科学界普遍持有的观点是细胞命运是由外部信号如特定激素或细胞信号传导因子所决定的。然而,该研究所免疫学部门主任Phil Hodgkin教授和同事Mark Dowling博士、Cameron Wellard博士和Jie Zhou女士预测细胞命运更大程度上是由细胞内部过程决定的。

为了验证他们的理论,研究小组重建B细胞变成不同细胞类型所需的条件,然后把这些细胞拍摄下来,同时还与来自澳大利亚国家信息和通信技术部门的John Markham博士合作开发新技术和图像分析方法。

同时爱尔兰汉密尔顿研究所数学家Ken Duffy博士的专业知识进一步强化对研究小组的实验观察的理解。Duffy博士的概率论知识对于研究小组理解他们拍摄的2500个细胞的行为是至关重要的。2012年1月5日,研究小组的成果在线发布在《科学》期刊上。

Hodgkin教授说,这些细胞的行为表现就像存在内部机器(internal machine)控制它们的命运,“这些内部机器中的每一个就好比是一个小的时钟或计时器来控制细胞分裂、死亡、它们制造什么类型的抗体和它们是否能够变成分泌抗体的细胞”。

Dowling博士解释道,不同的细胞命运是细胞内部随机性竞争的结果。他说,“从某种意义上讲,每个细胞都设置为每种命运结果开始滴答作响的时钟,哪个时钟首先关闭是细胞做出的决定。细胞试图做任何事情,但是只有一种命运胜出。”

Hodgkin教授说,即便这些B细胞接受同样的外部信号,细胞群体仍然发生相当大的差异。他说,“有着确实比例的B细胞最终有着不同的命运。这意味着诸如激素或细胞信号传导分子之类的外部因子并不告诉这些细胞该做什么,而是改变这些细胞将做什么的概率。”

当遭受感染后,身体做出免疫反应,产生很多种免疫细胞类型,而且每种细胞类型有着不同的功能。Dowling博士说,这应当是身体根据具体情况一直在调整产生特定细胞类型的概率,“身体产生很多不同的激素和细胞信号传导蛋白,因此对于不同的感染,概率也将是不同的。参与免疫系统的全部所有分子将影响这些概率。”

Hodgkin教授说,如今他们的希望是构建准确预测外部信号如何将改变免疫细胞群体将做什么的概率的数学模型。他说,“构建这些模型将有助于设计改进的疫苗,以及为自身免疫疾病开发出新的免疫治疗方法。”


Activation-Induced B Cell Fates Are Selected by Intracellular Stochastic Competition

Ken R. Duffy, Cameron J. Wellard, John F. Markham, Jie H. S. Zhou, Ross Holmberg, Edwin D. Hawkins, Jhagvaral Hasbold, Mark R. Dowling, Philip D. Hodgkin

In response to stimulation, B lymphocytes pursue a large number of distinct fates important for immune regulation. Whether each cell's fate is determined by external direction, internal stochastic processes, or directed asymmetric division is unknown. Measurement of times to isotype switch, to develop into a plasmablast, and to divide or to die for thousands of cells indicated that each fate is pursued autonomously and stochastically. As a consequence of competition between these processes, censorship of alternative outcomes predicts intricate correlations that are observed in the data. Stochastic competition can explain how the allocation of a proportion of B cells to each cell fate is achieved. The B cell may exemplify how other complex cell differentiation systems are controlled.

文献链接:http://www.sciencemag.org/content/early/2012/01/04/science.1213230

 

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