Kønsceller bevæger sig som små bulldozere

Under dannelse af frugtfluefoster skal primordiale kimceller - de stamceller, der senere vil danne æg og sæd - rejse fra den fjerne ende af embryoet til deres endelige placering i kønskirtlerne. En del af den oprindelige kønscellemigration er passiv; cellerne bliver simpelthen skubbet på plads af andre cellers bevægelser. Men på et vist tidspunkt i udviklingen skal de oprindelige kønsceller bevæge sig af sig selv.

"Meget af baggrunden i dette felt er blevet etableret ved at studere, hvordan celler bevæger sig i kultur, og der er denne model, som de flytter ved at bruge deres cytoskelet til at skubbe deres membraner ud for at kravle," siger Benjamin Lin, en postdoc-forsker i laboratoriet. af Whitehead Institute-direktør Ruth Lehmann. "Vi var ikke så sikre på, at de faktisk bevægede sig på den måde in vivo."

Nu, i et nyt papir offentliggjort 14. september i Science Advances , Lehmann, som også er professor i biologi ved Massachusetts Institute of Technology, og forskere ved Whitehead Institute og Skirball Institute ved New York University School of Medicine viser, at kønsceller i voksende flueembryoner faktisk bruger en anden bevægelsesmetode, som afhænger af en proces kaldet cortical flow, svarende til den måde bulldozere bevæger sig på roterende slidbaner. Forskningen afslører også en ny spiller i den vej, der styrer denne kønscellebevægelse. "Dette arbejde bringer os et skridt tættere på at forstå det regulatoriske netværk, der guider kønscellerne på deres lange og komplekse rejse gennem et stadigt foranderligt cellulært landskab," sagde Lehmann.

Forskningen kunne også give forskere en ny model til at studere denne type cellebevægelser i andre situationer - for eksempel har kræftceller vist sig at bevæge sig via cortical flow under visse forhold. "Vi mener, at der er mere generelle implikationer for denne trækadfærdsmåde, der går ud over primordiale kønsceller og også gælder for andre migrerende celler," sagde Lin.

Ballonformede celler

Det første spor om, at Lehmann og Lin fandt ud af, at kønsceller muligvis ikke bevæger sig, som forskerne troede, kom fra en simpel observation. "Da vi begyndte at studere, hvordan disse primordiale kimceller bevæger sig i embryonet, så vi, at cellerne faktisk forbliver formet som en ballon, mens de bevæger sig, og de ændrer faktisk ikke deres form overhovedet," sagde Lin. "Den er virkelig anderledes end kravlemodellen."

Men hvis cellerne ikke bevægede sig ved at kravle, hvordan bevægede de sig så gennem embryonet? For at finde ud af mere udviklede forskerne nye teknikker til at afbilde kønscellerne i levende flueembryoner og var i stand til at se klynger af et protein kaldet aktin bevæge sig bagud i hver celle, mens cellen selv bevægede sig fremad.

"Der er dette tynde lag af actin-cytoskelet lige under membranen af ​​celler kaldet cortex, og de bevægede sig faktisk ved at få den cortex til at 'flyde'," sagde Lin. "Det er ligesom, hvis du tænker på slidbanen på en bulldozer, der bevæger sig baglæns, mens bulldozeren bevæger sig fremad. Cellerne bevæger den cortex bagud for at generere friktion for at flytte cellen fremad."

Lin antager, at denne bevægelsesmetode er særligt velegnet til kønsceller, der bevæger sig gennem et overfyldt embryo med mange forskellige celletyper, fordi den i stedet for at være afhængig af at genkende specifikke proteiner at "gribe" for at trække sig selv gennem embryoet, tillader kimen. celler til at bevæge sig uafhængigt. "Alt er ret individualistisk for primordiale kønsceller," sagde han. "De signalerer faktisk slet ikke til hinanden, al signalering er inden for hver celle... Og kønsceller skal bevæge sig gennem så mange forskellige væv, at de har brug for en universel bevægelsesmetode."

En ny rolle for et kendt protein

Forskerne fandt også nye oplysninger om, hvordan cellerne styrer denne form for motilitet. "Vi fandt ud af, at et protein kaldet AMPK kan kontrollere denne vej, hvilket var virkelig uventet," sagde Lin. "De fleste kender det som et protein, der registrerer energi. Vi fandt ud af, at dette protein var vigtigt for at hjælpe disse celler med at navigere. Det er en af ​​disse opstrømsspillere, der kan kontrollere, hvor hurtigt cellen går, og i hvilken retning."

I fremtiden håber forskerne at kortlægge hele den vej, der gør det muligt for kønsceller at komme til det rigtige sted på det rigtige tidspunkt i udviklingen. De håber også at lære mere om mekanismerne bag cortical flow. "Vi ønsker at finde ud af, hvad der er vigtigt for at etablere disse strømme," sagde Lin. "Vores resultater her kan have konsekvenser ikke kun for kønsceller, men også for andre migrerende celler." + Udforsk yderligere

Holdet undersøger kønsbestemmelsesmekanismer hos fugle