同一天两篇Science共诉:细胞因挤压受过的那些伤
2016/03/28
身体内一些细胞会以你想象不到的方式移动。例如,当免疫细胞防御入侵微生物时,他们会扭曲自己以便能够穿过其他细胞群狭窄的缝隙。但是,他们也会因此而付出代价。3月24日,《Science》期刊同时发表两篇文章,共同揭示:这些“瑜伽式”动作会破坏细胞核膜,进而损伤DNA。


身体内一些细胞会以你想象不到的方式移动。例如,当免疫细胞防御入侵微生物时,他们会扭曲自己以便能够穿过其他细胞群狭窄的缝隙。但是,他们也会因此而付出代价。3月24日,《Science》期刊同时发表两篇文章,共同揭示:这些“瑜伽式”动作会破坏细胞核膜,进而损伤DNA。

过去的研究一直认为,细胞核膜只有细胞有丝分裂期才会降解消失。而且,因为细胞膜具有柔韧性,所以细胞在迁移过程中不会因为挤压而受伤,更何况相比于其他部分,细胞核结构更坚固。

但是,来自于法国居里研究所和康奈尔大学的两支科研团队却提出相反的结论。他们通过观察细胞挤压分析其内部结构发现:过去的理论存在错误,被挤压的细胞可能无法承受得住痛苦。

细胞遭受挤压,细胞核膜会破裂

法国居里研究所的生物学家Matthieu Piel带领团队在实验室进行了细胞穿过小空间的试验,他们甚至设置了仅仅只有1/4细胞大小的缝隙。看着挤压变形的细胞,研究人员不禁表示他们似乎也能感受到它们的痛苦。

巧合的是,大西洋彼岸的康奈尔大学的生物医学工程师Jan Lammerding带领的团队也对同样的事情展开了兴趣。他们设置了一个微型障碍装置,并将细胞核携带上荧光标记。当细胞穿过缝隙后,研究人员在细胞质中发现了荧光。这意味着,细胞核膜已经破裂。

但是,细胞受到挤压后,细胞核膜破裂并不是它受到的唯一损伤。


破裂的细胞核膜会暴露DNA,使其受到伤害

除了有丝分裂,细胞核和细胞质混合会导致细胞的死亡。因为细胞质中包含有多种关键酶,能够通过摧毁DNA结构防御病毒入侵,所以,一旦细胞核膜破裂,这些酶类会识别暴露在细胞质的核内DNA,并断开它们的双链结构。这种破坏会导致细胞死亡或者癌变。

研究人员强调,细胞膜破损可能是细胞生存过程中遇到的最糟糕的事情。两个团队发现,细胞核破裂会继发造成DNA双链断裂。但是,DNA的断链的原因还未知。研究人员推测,可能是由于细胞质中抗病毒酶对其攻击,不过也可能是其他因素造成的恶果。

但是正常情况下,这种损伤会被修复。细胞会启动ESCRT III复合体修补细胞膜破裂之处。且这种修复过程会在核膜破裂2分钟内启动,并在10-30分钟内完成。

消灭转移癌细胞的新思路:阻止细胞核膜、DNA修复过程

以上研究成果有望给消灭癌细胞提供新思路。

细胞核膜的修复能力可以帮助免疫细胞生存,但是它也保护了癌细胞。我们都知道,癌细胞转移是造成大多数癌症患者病发去世的原因。通过Lammerding和Piel团队的研究成果,我们知道,阻止DNA和细胞核膜修复对于被挤压的细胞来说是致命的。这意味着,我们可以研发出新药物,阻止这两方面的修复过程,从而杀死转移癌细胞。

除了对付癌细胞,最新研究还提出了一个新问题:迁移中的细胞如何处理和保护因膜破裂而暴露的细胞核?这都是科学家们后续研究的方向。

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