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Nature:上皮细胞如何保持数目恒定?原来是靠拉拉扯扯

2017/02/20 来源:生物通
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导读
美国犹他州大学Huntsman癌症研究所(HCI)的科学家今天在《Nature》杂志上发表文章,介绍上皮细胞如何更新,保持细胞分裂和细胞死亡之间的数目恒定。


美国犹他州大学Huntsman癌症研究所(HCI)的科学家今天在《Nature》杂志上发表文章,介绍上皮细胞如何更新,保持细胞分裂和细胞死亡之间的数目恒定。

上皮细胞组成的皮肤覆盖了内部器官,在器官上形成一道保护屏障,使其可以正常地发挥作用。不过,上皮中的细胞以非常快的速度更新。为了维持健康的细胞密度,分裂和死亡的细胞数量必须相同。如果这种平衡被打破,炎性疾病或癌症就会发生。

这项研究的领导者,Huntsman癌症研究所的Jody Rosenblatt博士称:“如果过多的上皮细胞死亡,你将失去器官屏障的功能,这样哮喘和结肠炎等炎性疾病就会发生。另一方面,如果太多的细胞分裂,那么细胞就会过剩,有可能导致肿瘤发生。因此,任何一方面的不平衡都是有问题的。”

大约90%的癌症发生在覆盖器官的上皮中。了解哪些因素控制细胞分裂和死亡,以及这些过程如何关联,对了解癌症的发生十分关键。HCI的研究团队发现了这个谜题的答案。他们了解到,相反的机械张力控制了细胞分裂和细胞死亡。具体来说,拉伸上皮细胞导致其分裂,而挤压上皮细胞导致其排出和死亡。

Rosenblatt表示:“我们的发现可归结为一个十分简单的原则。这都取决于机械张力。如果细胞觉得太过拥挤,它们就会弹出一些细胞。细胞的排出使得整块细胞又恢复到它们喜欢的密度。”

另一方面,研究人员又注意到细胞在稀疏的区域发生分裂。“如果细胞变得过于稀疏,它们就会激活细胞分裂,这个信号来自机械拉伸,”Rosenblatt解释说。“为了测试这一点,我们拉伸细胞,发现仅仅一小时就能触发细胞分裂。这个过程还表明拉伸是细胞分裂的正常触发器。”

下一个问题是找出这些过程发生的原因。Rosenblatt的团队发现,细胞分裂和死亡都是由同一个蛋白控制的,这就是Piezo1。

“这个蛋白质能感知拥挤和拉伸,但结果是完全不同的,这取决于细胞处于什么状态。Piezo1就像一个调节冷热的恒温器,通过一个传感器去测量拥挤和拉伸。如果有两个独立的调节器,那么若一个传感器出问题,事情可能会失去控制,”Rosenblatt说。

此外,Rosenblatt的团队还发现了细胞周期中的一个阶段,其中细胞暂停分裂。他说:“我们一直认为,一旦细胞进入一个分裂周期,它们只能前行通过。不过我们发现了一个点,其中细胞暂停下来,等待分裂。这些细胞已经准备好了一切,但它们仍停在那里,这是我们没有预料到的。”

Rosenblatt认为,通过了解细胞在正常情况下如何分裂,科学家将更好地了解上皮细胞在癌症中如何分裂。“我们正在探索这些过程是如何出错的,特别是那些目前仍无法治疗的疾病,比如哮喘和转移性癌症。”

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