细胞通过在表面的褶皱和凸起中储存额外的“皮肤”来移动

　　为了移动，细胞必须能够快速改变形状。来自北卡罗来纳大学教堂山分校的一组研究人员表明，细胞通过在表面的褶皱和凸起中储存额外的“皮肤”来实现这一目标。这种细胞表面多余的部分可以迅速展开，覆盖暂时的突起，然后折叠起来，以备下次使用。这项研究发表在5月17日的《生物物理杂志》上。

　　

   

   

这是CHO细胞变形体运动的视频。

图片来源:Kapustina et al

为了移动，细胞必须能够快速改变形状。来自北卡罗来纳大学教堂山分校的一组研究人员表明，细胞通过在表面的褶皱和凸起中储存额外的“皮肤”来实现这一目标。这种细胞表面多余的部分可以迅速展开，覆盖暂时的突起，然后折叠起来，以备下次使用。这项研究发表在5月17日的《生物物理杂志》上。

细胞膜是非常柔韧的，但它们只能拉伸约3%而不会破裂。有额外的皱纹表面积，可以根据需要扩大，允许细胞移动和分裂，同时安全地保持细胞体积和膜的完整性。

“这是一种安全措施，因为你不能拉伸细胞膜，如果它破裂，细胞就会溶解和死亡，所以细胞需要这种储备，”北卡罗来纳大学教堂山分校的生物物理学家、第一作者玛丽娜·卡普斯蒂娜说。“这些突起可以存储大量的细胞表面，并且是高度动态的，这意味着它们可以快速拆卸，并立即在细胞周围的其他位置重建。”

细胞表面的突起形状和大小各不相同。有些被称为水泡，是细胞表面的圆形小肿块，内部结构很少。气泡在几秒钟内形成，几分钟后缩小。更大的运动突起需要更长的时间才能形成，但由于它们的内部结构是由微管和肌动蛋白等蛋白质组成的，因此可以持续一个多小时。

研究人员使用电子和荧光显微镜观察了嵌入三维胶原蛋白基质中的圆形、雪茄形和不规则形状的细胞，胶原蛋白基质是一种胶原纤维网状结构，细胞可以挤压和迁移。他们使用荧光标签捕捉细胞在几个小时内表面动态和运动的时间间隔。

研究小组发现，当细胞呈圆形时，它们的表面粗糙而复杂;被许多微小的表面突出物覆盖的，如水泡、微绒毛、丝状足和褶皱。然而，当细胞伸出突起时，这些额外的“皮肤”皱纹展开，它们的表面变得相对光滑，尤其是在突起附近的区域。

研究人员认为，细胞表面过剩在间充质和变形虫运动中都很重要，这是细胞运动的两种主要方式。在间充质运动过程中，细胞粘附在环境中的表面上，然后利用收缩力将自己推到胶原纤维之间或沿着二维表面爬行。在变形虫运动过程中——它允许更快的运动——细胞不依赖于粘连，而是由更小的“水泡”突起的快速运动推动。

研究小组认为，尽管微管的确切功能尚不清楚，但它们在调节细胞间质和变形虫运动过程中，在调节细胞表面过剩方面发挥着重要作用。“微管可能为细胞表面提供机械支持，或者它可能与激活细胞膜下的肌动蛋白有关，从而为稳定的突起创造一个活性位点，”卡普斯蒂纳说。“当你没有这种活性部位来产生稳定的突起时，细胞基本上就会形成水泡。”

文章标题

Changes in cell surface excess are coordinated with protrusion dynamics during 3D motility