细胞间存在广泛的胞间交流通信,以协调包括从细胞命运决定、细胞迁移到细胞凋亡的多种细胞过程。为了交流,细胞间使用几种通信手段,从间隙结(gap junction)用于调解直接相邻细胞之间的相互作用,到形态素梯度(morphogen gradient)以传输远距离的信息。细胞间通信也由细胞外囊泡(Extracellular vesicle,EV) 进行介导,它在各种生理和病理条件下发挥着重要功能,如机体发育过程中左-右轴形成确定期间的形态迁移,以及促进持久定向癌细胞的迁移。EV可以根据它们产生的方式分为两大类:(i) 外泌体(exosome),由内吞膜向内萌芽形成,再由多体外泌体(multivesicular bodies)释放;和 (ii) 异体(ectosome),通过向外萌芽产生。EV有很多不同,比如它们的来源和组织类型;以及形成它们所在的细胞区室(例如细胞突起或原生纤毛),因此EV 在来源、大小和货物组成方面是异质的,而上述因素直接影响它们的货物组成。 2014年末,清华大学俞立教授在Cell Research上发表文章Discovery of the migrasome, an organelle mediates release of cytoplasmic contents during cell migration,首次发现了细胞迁移过程中会形成一种有胞膜包被的直径3微米左右的囊泡【1】,将其命名为迁移小体(Migrasome),研究人员推测其在细胞间交流中发挥了重要作用(该文章为当期的封面文章,李党生老师最近很多讲座报告中经常引用该研究作为CR的一个典型案例说明文章的被引次数不是CR文章接受首要考虑的因素)。
图:不同细胞系不同培养条件下的迁移小体
三年之后的2017年,俞立教授继续在Cell Research发表文章Pairing of integrins with ECM proteins determines migrasome formation,揭示了迁移小体形成过程中所参与的关键蛋白【2】。
随后,俞立教授先后于2018年和2019年5月在Methods in Molecular Biology和Cell Discovery杂志上阐述检测迁移小体的方法【3,4】。 Migrasomes与其他 EV 具有一些共同特征,例如:(i) 它们富含膜蛋白,特别是Tetraspan4 (Tspan4) 和细胞骨架蛋白;(ii) 其腔内含有几个较小的囊泡(直径50~100nm),类似于MVB;(iii)一旦释放,它们可以被邻近的细胞接受。值得注意的是, Migrasome严格依赖于细胞迁移。 然而在生物体内,migrosome的形成和具体的生理功能尚不清楚。
为了更深入的解析迁移小体的形成机制,2019年8月1日,俞立教授团队在Nature Cell Biology上发表文章Migrasome formation is mediated by assembly of micron-scale tetraspanin macrodomains,揭示tspan4 和胆固醇在迁移小体形成时组织成为微米级大型微结构域,这一结构即为迁移小体的基本结构。另外,通过实验与计算机模拟,研究人员提出了迁移小体形成的理论模型:迁移小体的形成是tspan4 的局部富集使其所在膜结构的刚度增加而产生的一种生物物理过程。最后研究人员还通过实验验证了这一模型的正确性。
那么,迁移小体除了与细胞迁移有关是否还参与其它的生物学过程呢?俞立教授课题组与孟安明院士课题组合作在Nature Cell Biology同期发表了另一篇文章Migrasomes provide regional cues for organ morphogenesis during zebrafish gastrulation。研究人员在斑马鱼胚胎发育(原肠运动时期)中发现了大量迁移小体,随着胚胎发育,迁移小体表现出特定的时空分布特征,鉴定出了tspan4a与tspan7在迁移小体形成中的关键作用,这些基因敲除后迁移小体不能形成,并且胚胎发育受到影响。研究人员还发现这些迁移小体中富集了许多信号因子如形态发生素、趋化因子和生长因子等,这些信号可以为局部提供特定的信息,以支持胚胎的协调发育。 同期,Nature Cell Biology发表了新闻与观点文章Migrasomes take center stage,对这两项工作给予了很高的评价。该观点文章指出这两项研究通过迁移小体将细胞迁移和细胞交流联系起来,为理解斑马鱼胚胎发育提供了新的思路。同时还指出,在肿瘤转移过程中,迁移小体有可能扮演了重要的角色参与了肿瘤的发展。
1、Ma, L. et al. Discovery of the migrasome, an organelle mediating release of cytoplasmic contents during cell migration. Cell Res. 25, 24–38 (2015)2、Wu, D. et al. Pairing of integrins with ECM proteins determines migrasome formation. Cell Res. 27, 1397–1400 (2017).3、Zhao, X., Lei, Y., Zheng, J., Peng, J., Li, Y., Yu, L., & Chen, Y. (2019). Identification of markers for migrasome detection. Cell discovery, 5(1), 27.4、Chen, L., Ma, L., & Yu, L. (2019). WGA is a probe for migrasomes. Cell discovery, 5(1), 13.