Cell：重磅！深刻揭示细胞通信语言

来源：作者：人气：-发表时间：2017-09-20 09:37:00【大中小】

在一项新的研究中，来自美国加州理工学院（Caltech）的研究人员发现了细胞用来彼此之间进行通信的分子密码。这种“语言”被认为在许多类型的细胞通信中是常见的，而且对设计未来的疗法产生影响。相关研究结果发表在2017年9月7日的Cell期刊上，论文标题为“Combinatorial Signal Perception in the BMP Pathway”。论文通信作者为Caltech生物学与生物工程教授、霍华德-休斯医学研究所研究员Michael Elowitz。

细胞用来彼此之间进行通信的分子密码

正如人类使用字母和文字来创造信息，细胞释放被称作配体的分子到环境中，从而将信息（如分化或增值的指令）发送给它们的周围细胞。这些配体与其他细胞的表面上的受体结合，这些受体理解这种信息，并且触发一系列化学反应，从而将它接力传递给细胞内部的正确分子。

这些研究人员研究了一种主要的通信通道，即骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein, BMP）通路。该通路几乎在所有组织中运行，是癌症疗法的一种靶标。这种通路在不同的组合中使用许多不同的配体和受体。奇怪的是，BMP通路中的这些配体和受体以许多不同的方式中相互混合并相互匹配，而且似乎是毫无头绪的。

Elowitz说，“人们可能认为每种配体仅与一种受体配对，但情况并非如此。相反，所有的这些配体不加区分地与所有的这些受体相互作用。这看起来一团糟，与人们设计通信系统让每个通信通道保持独立的方式完全不同。因此我们想知道为何细胞会以这种方式进行通信。”

为了弄清楚分子不加区分地相互作用带来哪些益处，Elowitz团队在实验室中构建出不同的BMP配体混合物，并将它们添加到某些细胞---来自小鼠的乳腺细胞、胚胎干细胞和被称作成纤维细胞的结缔组织细胞---中。他们吃惊地发现细胞利用配体的组合而不是利用单个配体本身，解码信息。

论文第一作者、Caltech生物学与生物工程博士后研究员Yaron Antebi说，“有一天，我来到实验室，将两种配体混合在一起，其中这两种配体各自都能很强地激活细胞。但是第二天，当我们检测这些细胞时，它们根本没有作出反应。这使我们提出了这样的一种理论：细胞并不倾听单个配体，而是倾听配体的组合。配体的组合才有意义。不同的配体组合编码着细胞的不同指令。”

Elowitz团队也观察到不同类型的细胞能够通过执行不同的计算从相同的配体组合中提取出不同的信息---一种细胞可能加入两种配体的浓度来接收一种消息，而另一种细胞可能测量这两种配体的比值来解码另一种信息。论文共同作者、Elowitz实验室研究员James Linton说，“我们惊奇地发现不仅一种信息编码在这些配体中，而且不同的细胞能够利用这些相同的配体分子提取出不同的信息，如增殖或分化的指令。”

Elowitz团队发现这种利用相同的配体分子编码多种信息的能力是因为不同类型的细胞在它们的表面上表达不同的受体组合。

这种通信系统（即BMP通路）的一种特征是细胞能够将信息发送给特定的细胞类型。Elowitz说，“这就像在一个拥挤的房间里，每个人都在说话，有人想要引起你的注意，喊你的名字。其他人可能会自动忽略它，但你会注意，因为你是这种信息的目标。”

Antebi补充道，“这种交流的选择性是非常有用的。可以想象一下，如果你骨折了，那么你只需让损伤区域中的骨细胞增殖并重建这种损伤区域，而不是让周围的所有细胞都增殖。”

这些发现为理解信息如何在分子之间传递提供了基础。尽管这项研究还处于早期阶段，但是更好地理解细胞通信可能会导致人们开发出靶向肿瘤或特定细胞类型但不会影响任何其他细胞的生物药物。

文章来源

Yaron E. Antebi, James M. Linton, Heidi Klumpe et al. Combinatorial Signal Perception in the BMP Pathway. Cell, 7 September 2017, 170(6):1184–1196, doi:10.1016/j.cell.2017.08.015