명백하지 않더라도 조직과 기관의 세포는 지속적으로 움직입니다. 실제로, 세포가 가야 할 곳을 얻는 능력은 우리의 건강과 생존에 필수적입니다. 피부 세포는 상처를 치료하기 위해 이동합니다. 면역계 세포는 감염과 싸우기 위해 이동합니다.
Johns Hopkins University School of Medicine의 Cell Biology 교수 인 Peter Devreotes는“매일 당신의 몸을보고 크게 변하지 않습니다. "그러나 그 안의 세포는 지속적으로 이동하고 있습니다."
그것은 인생의 초기 단계에서 시작합니다. 우리가 불과 몇 주 전 배아 일 때, 우리 등의 특별한“신경 문장”세포의 특별한 집단은 갑자기 몸을 통해 퍼져 뼈, 연골 및 얼굴의 뼈, 피부, 피부의 안료 세포, 심장의 일부 등의 광범위한 필수 조직이됩니다.
.그러나이 세포들은 어디로 가야하는지 어떻게 알 수 있습니까? 연구는 오랫동안 화학 산책로를 따르고 있다고 제안했습니다. 생물 학자들은 전통적으로 이러한 화학적 구배를 단순하고 단순한 추종자로 보았습니다. 개처럼 음식의 향기를 향해 뛸 수있는 개처럼 세포는 그라디언트를 감지하고 신호의 흐름을 소스로 돌려 보았습니다. 이것에 대한 수많은 예는 야생과 더 큰 유기체 내부를 탐색하는 박테리아 및 다른 세포들 사이에서 발견되었다. 예를 들어 피부에 흠집이 나면 컷 주변의 조직은 근처의 면역 세포를 유치하는 분자 구름을 방출합니다. 면역 세포가 기어 가서 감염을 막습니다.
그러나 과학자들은 또한이 시스템이 신체에서 전개되는 많은 이주를 유지할 수 없다는 것을 이해하게되었습니다. 단순한 수동 구배의 구조는 너무 깨지기 쉽고 너무 쉽게 혼란 스럽습니다. 이와 같은 간단한 그라디언트가 셀의 더 긴 여정을 안내하기에 항상 충분히 도달하는 것은 아니며, 더 오래 걸리는 마이그레이션을 유지하기에는 너무 빨리 사라질 수 있습니다. 세포의 민감도를 높이면 이러한 문제를 상쇄하는 방법처럼 보일 수 있지만, 세포는 종종 어디에서 왔는지 감지하기에는 신호가 너무 침수 될 수 있습니다. 간단한 기울기가 작동하려면 완벽해야하며 아무것도 엉망이 될 수 없습니다. 그러나 실제로 셀은 모든 종류의 조건에서 탐색 할 방법을 찾아야합니다.
이제 연구원들은 해답의 또 다른 중요한 부분을 발견했습니다. 하나는 세포가 신경 크레스트 마이그레이션에서 목적지로 지시되는 방법과 아마도 다른 움직임을 설명하는 데 도움이됩니다. 새로운 연구는 화학 신호를 사용하는 것 외에도 신경 크레스트 세포는 신체를 통해 길을 "느끼고"주변 조직에서 물리적 긴장 패턴을 만들어 올바른 방식을 가리 킵니다. 사실상, 셀은 스스로 조종하는 데 사용하는 신호를 만듭니다.
이 항법 메커니즘을 찾는 것이 신경 크레스트 세포가 어떻게 중요한 마이그레이션을 만드는지 명확히하는 것은 아닙니다. 또한 지난 몇 년 만에 힘을 모은 아이디어를 더욱 검증합니다.“자체 생성 그라디언트”는 세포 이동에 필수적이며 이러한 그라디언트는 화학 물질뿐만 아니라 모든 종류의 요인으로 구축 될 수 있다는 것입니다.
.세포가 어떻게 미로를 정복하는지
글래스고 대학교의 Robert Insall은 그의 팀이 몇 년 전 실험을위한 통제권을 행사할 때 전통적인 설명에 문제가 있다는 것을 깨달았습니다. 세포 이동이 기존의 기울기가 필요하다는 것을 보여주기 위해, 그는 용기의 바닥을 가로 질러 세포가 일반적으로 신호 전달 분자로 사용하는 화학적 유인 제인 리소 포스파티드 산 (LPA)을 골고루 전파한다. 그런 다음 그는 용기의 한쪽에 암 세포를 퇴적시켰다. 그들을 안내 할 신호의 고도로 집중된 소스가 없다면, 그는 세포가 전혀 움직이면 목표가 없을 것이라고 예상했다.
대신, 세포는 명확한 트레일로 구배 없이도 챔버의 다른 쪽 끝으로 기어 들어가서 그를 놀라게했습니다. 세포는 주변의 LPA를 분해 한 다음 더 감지 한 곳으로 이동했습니다.
Insall은“이 통제를하고 있는데, 이는 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하고 있음을 보여 주어야합니다. "그러나 당신은 전혀 이해하지 못하는 것으로 밝혀졌습니다."
INSALL은 나중에이 간단한 메커니즘이 전반에 발굴되었다는 것을 알게되었습니다. 1966 년 과학 논문, 위스콘신 대학교의 줄리어스 아들러는 대장균 콜리를 보았습니다. 세포는 영양소와 산소로 고르게 채워진 페트리 접시를 가로 질러갑니다. 박테리아는 근처의 연료를 사용하여 근처에 덜 주변에 더 많이 있었고 다른쪽에는 더 많은 이유입니다. 그는“박테리아가 구배를 만듭니다.”라고 썼습니다. Adler는“자체 생성”이라는 용어를 사용하지 않았지만, 그라디언트가 그라디언트가 정확히 그라는 것을 완전히 이해했다고 Insall은 말했다. "그리고 그러면 전체 아이디어, 도덕은 다음 50 년 동안 본질적으로 잊혀졌습니다."
.INSALL과 그의 팀은 자체 생성 기울기를 더 잘 이해하기위한 실험을 시작했습니다. 그들은 복잡한 통로로 작은 혈관을 설계하고 그것들을 통해 삐걱 거리는 세포를 기록했다. 그리고 그들은 세포의 실제 움직임을 밀접하게 반영하는 모델에서 자체 생성 기울기를 시뮬레이션했습니다.
2016 년 Insall과 그의 동료들은 세포가 자체 생성 된 그라디언트를 사용하여 스스로 조종 할 수 있다고 제안했습니다. 그러나 그들은 전부가 아니 었습니다. 또한 이러한 구배로 세포는 윌리엄 III 왕이 영국의 Hampton Court에서 지은 유명한 사다리꼴 헤지 미로의 미니어처 모방을 포함하여 복잡한 미로를 해결할 수 있음을 보여주었습니다. 세포 그룹은 막 다른 골목에서 LPA를 분해하고, 부족을 느끼고, 다른 길을 시도 할 것입니다. 또는 LPA가 너무 많으면 해당 지역에 홍수가 발생하면 세포가 구배의 방향을 다시 감지 할 때까지 축적을 분해 할 수 있습니다. 세포는 들어오는 분자가 모퉁이에 있거나 멀리 떨어져 있더라도 소스로 추적 할 수 있습니다.
한 라운드의 실험에서 미로의 결함이 LPA의 공급원에 바로 가기를 열었습니다. Insall은“우리는이 모든 세포를 모두로드하고 바로 가기를 즉시 보았을 때 놀랍게도 놀랐습니다. 그는 소파 섹션을 통해 여행을하는 이케아에서 바로 가기를 택하는 쇼핑객처럼 세포를 몰아 넣었다.
덧붙였다.취리히 대학의 분자 생명 과학 교수 인 대런 길모어 (Darren Gilmour)는“세포를 안내하기위한이 대안 메커니즘은이 세포에 놀라운 능력을 부여한다. 자체 생성 된 그라디언트는 그렇지 않으면 설명 할 수없는 세포 운동을 설명합니다. "신호가있는 곳마다, 세포는 방향으로 움직이기 위해 그것을 조각 할 수있다"고 덧붙였다. "이것은 단지 우아한 메커니즘입니다."
자체 생성 된 기울기는 이제 암 세포, 어류 배아, 면역 세포, 박테리아, 슬라임 곰팡이 등의 당황한 거동을 이해해 왔으며 결과가 빠르게 축적되고 있습니다. 과학 기술 연구소 (Institute of Science and Technology) 오스트리아 (Institute of Science and Technology) 오스트리아 (Institute of Science and Technology)의 조나 알랑코 (Jonna Alanko)는“사람들은 눈을 뜨고 갑자기 갑자기 본다. "이것이 빙산의 일각 일 뿐이라고 확신합니다."
INSALL은 간단한 그라디언트가 여전히 그림의 일부이지만 대부분의 화학적 유도 세포 마이그레이션은 자체 생성 기울기를 사용한다고 기대합니다. "우리는 우리가 어디를 찾을 때마다 예를 찾습니다."그는 말했다.
움직이는 소프트 스팟
자체 생성 기울기에 대한 현재까지의 많은 연구는 화학 신호를 살펴 보았지만 세포는 기계적 특성을 포함한 다른 물리적 속성에서도 그라디언트를 생성 할 수 있습니다. 이동하는 신경 크레스트 세포를 분석하는 최근의 논문은 자체 생성 된 강성의 기울기가 작가의 놀라움에 나타났습니다.
신경 문장 세포가 어떻게 탐색하는지 파악하기 위해 University College London의 Adam Shellard는 주변의 강성을 테스트했습니다. 그는 개구리 배아 내의 조직을 세 심하게 조사하여 밀리미터 만 측정했다. 강성 수준을 기록하기 위해 여기저기서 눌렀을 때, 그는 단단한 조직 속에서 하나의 부드러운 영역으로 구배를 발견했습니다. 흥미롭게도 소프트 스팟은 여전히 머물러 있지 않았습니다. 더 많은 실험은 이동하는 신경 크레스트 세포가 세포 외 매트릭스를 연화 시키거나 이웃 세포 주변의 단백질 스캐 폴딩이 여행했을 때.
그러나 신경 문장 세포가 주변 환경 에서이 연화를 일으키더라도 그 상태를 유지하고 싶지는 않습니다. 아마도 세포는 모래보다 포장 도로를 걷는 것이 더 쉽기 때문에이 세포는 아마도 그렇게 할 것입니다.
연구자들은 이미 이동 세포 앞의 "플레이 코드"세포가 세포를 전진시키는 데 도움이되는 화학적 유인 제를 생성한다는 것을 알고있었습니다. 이들 플레이 코드 세포는 신경 크레스트 세포의 터치에 의해 반복되므로 반대 방향으로 실행됩니다. 새로 발견 된 기계적 구배는 화학 신호와 함께“체이스 앤 런”메커니즘에 의해 신경 크레스트 세포의 이동을 유도하기 위해 화학적 신호와 함께 작동합니다.
Shellard는“아무도 그것이 사실이라고 생각하지 않았거나 그것이 일할 수단이 있다고 생각했지만 그럴 것 같습니다.”라고 Shellard는 말했습니다.
INSALL이 논문을 읽었을 때, 그것은 그에게 완벽하게 이해되었습니다. “매우 만족 스럽습니다. 당신은‘그렇습니다. 그런 일이 일어나야합니다.’라고 그는 말했다.
아이디어가 따라 가고 있습니다. 논문이 출판되면, 시장의받은 편지함은 배아, 면역 세포 및 암에서 작동하는 것처럼 보이는 동일한 종류의 메커니즘에 대한 다른 연구자들의 메시지가 침수되었습니다. 시장은 자체 생성 강성 기울기가 흔한 것으로 판명 될 것이라고 시장은 예측했다. "이를 보여줄 많은 논문이 곧 나올 수 있습니다."
그라디언트가 불규칙성을 극복하는 방법
일부 연구자들은 자체 생성 된 그라디언트가 너무 잘 작동하고 혼란에 매우 탄력적 인 이유를 제시하고 있습니다.
Princeton University의 화학 및 생물 공학 조교수 인 Sujit Datta가 이끄는 연구에 따르면 자체 생성 기울기가 얼마나 강력한지를 설명했습니다. elife 의 최근 논문에서 , Datta의 Team 3D 인쇄 스쿼글의
자체 생성 된 그라디언트는 이유를 설명했습니다. 스 퀴글 글들의“언덕”꼭대기에 박테리아는 영양소로 채워진 겔 영역에 더 가깝고 풍부함이 센서를 포화시켰다. 그들은 모든 지역 영양소를 무너 뜨릴 때까지 바깥쪽으로 퍼지기 시작하지 않고 어떤 길을 더 많이 갈 수 있는지 감지 할 수있었습니다. 그러나 으르렁 거리는 "계곡"에서 박테리아는 근처의 영양소가 적었습니다. 그들은 코스를 설정하고 일찍 이륙 할 수있었습니다. 이 주석은 이미 언덕 꼭대기에있는 박테리아를 따라 잡을 수있게 해주었습니다.
Datta는 사전 인쇄물에서 관찰되었습니다 (현재 Physical Review Letters )이 같은 원칙은 강성 구배 시장과 개구리 배아에 매핑 된 쉘 라드를 포함하여 다른 종류의 그라디언트들에게도 마찬가지 일 수 있습니다. 다른 그라디언트도 이러한 혼란을 견딜 수 있습니다. 그라디언트는 개발 및 치유의 중요한 과정을 부드럽게하여 혼란에 의해 쉽게 버리지 않도록 도와줍니다.
INSALL은 자체 생성 된 기울기의 견고성이 제안 된 암 치료법의 전망에 영향을 줄 수 있다고 추측합니다. 그는 신체를 통해 따르는 자체 생성 된 기울기를 방해함으로써 암을 억제하는 치료법이 성공하지 못할 것이라고 생각합니다. 스프레드를 지연시킬 수 있지만 세포는 그라디언트를 재건 할 가능성이 너무 높습니다. 그러나이 전략을 머리에 뒤집는 것은 더 잘 작동 할 수 있습니다. 치료는 경쟁 기울기를 확립하여 세포가 신체의 목적지로 퍼져 덜 해롭고 취약 할 수 있습니다.
자체 생성 그라디언트의 개념은 이동 중에 세포의 능력을 설명하기 때문에 중요하지 않습니다. 취리히 대학의 분자 생명 과학 교수 인 대런 길모어 (Darren Gilmour)에 따르면 생물 학자들은 때때로 그들의 행동이 그들의 유전자에 의해 미리 결정된 것처럼 세포에 대해 생각한다. 그러나 새로운 내비게이션 발견에 따르면 세포 그룹은 정확한 명령에 따라 군인과 비슷하지 않으며 축구 선수와 비슷하다는 것을 보여줍니다. "공이 그들에게 올 때 그들은 무엇을합니까?" 그는 물었다 :그들은 즉시 결정을 내리고 변화하는 환경에 적응한다.
Gilmour는“우리는 세포 수준에서 훨씬 더 많은 통제력이 있다는 것을 깨닫고 있습니다. "그리고 그들은 함께 결정을 내립니다."
