細胞和細胞碎片如何在電場中運動 _美國

美國加州大學戴維斯分校的科學家發現，完整的活細胞和細胞碎片就像微小、緩慢運動的羅盤指針，它們會對電場做出反應，定向并運動——但是二者向相反的方向運動。他們發表在4月8日的《當代生物學》（Current Biology）雜志上的這些結果可能最終會帶來新方法以愈合傷口和進行干細胞療法。
當細胞緩慢運動到受傷的部位并讓它愈合的時候，它們沿著一種電場運動。在健康的組織中，在層與層之間有一種帶電粒子流。組織的損傷建立了一個“短路”，改變了這種粒子流的方向并且建立了一個電?。?把細胞導向受傷的部位。但是這究竟是如何發生的，又為什么會發生？原因尚不清楚。
“我們知道細胞能夠對弱電場做出響應，但是我們不知道它們如何感知到了電場，”皮膚病學和眼科學教授、加州大學戴維斯分校干細胞中心、再生療法研究所的科研人員Min Zhao說。“如果我們能夠更好地理解這個過程，我們就可以讓傷口愈合與組織再生變得更為有效。”
“這組科研人員研究了形成魚鱗的角膜細胞。這些魚細胞常用于研究細胞運動，而且它們還能容易地脫落細胞碎片，這些碎片包裹在細胞膜里，但是缺乏細胞核與主要的細胞器、DNA或者許多其他與結構有關的東西。
加州大學戴維斯分校的數學、神經生物學、生理學與行為教授、該論文的資深共同作者Alex Mogilner說，他們吃驚地發現在同一電場中整個細胞和細胞碎片向相反的方向運動。
Mogilner說，這是首次證明了這種基本細胞碎片能夠在電場中定向運動。這讓這組科研人員能夠發現這些細胞和細胞碎片在兩個競爭的過程中通過 “拔河”而定向。
把一個細胞設想成被一個膜包裹的一滴液體和蛋白凝膠。細胞在表面上緩慢前進是通過滑動以及細胞內部的棘輪蛋白質纖維相互越過達到的，這個過程推進了細胞的前緣，同時收回了細胞的后緣。
助理項目科學家Yaohui Sun發現，當整個細胞暴露在電場中的時候，肌動蛋白纖維在細胞面對負電極（陰極）的那一面聚集并生長，而收縮的肌動蛋白和肌球蛋白的混合體在朝著正電極（陽極）的一邊形成。肌動蛋白本身以及肌動蛋白和肌球蛋白的組合都能夠創造出驅動細胞前進的馬達。
這種極化效應在這兩種機制之間建立了一場拔河比賽。在整個細胞中，這種肌動蛋白的機制獲勝，細胞緩慢地向陰極移動。但是在細胞碎片中，肌動蛋白/肌球蛋白馬達勝出，讓細胞的后方朝向陰極，而這個細胞碎片緩慢地向相反方向運動。
Mogilner說，這些結果表明了細胞對電場做出響應至少有兩種截然不同的路徑。至少有其中一種路徑——它造就了有組織的肌動蛋白/肌球蛋白纖維——可以在除了細胞膜和組成了細胞骨架的蛋白質之外沒有細胞核或者細胞中的任何其他細胞器的情況下工作。
這兩個路徑的上游是某種探測電場的傳感器。在將發表在同期雜志的另一篇論文中，Mogilner和來自美國斯坦福大學的科研人員Greg Allen 和Julie Theriot縮小了可能的機制。他們得出結論說，最可能的解釋是電場導致了細胞膜上的某些帶電蛋白在膜的邊緣聚集，引發了一種應答。
這個研究組的成員還包括Hao Do、Jing Gao 和Ren Zhao，他們都來自于再生療法研究所以及加州大學戴維斯分校眼科學與皮膚病學系。Mogilner 和Zhao共同指導了Sun；Gao如今在中國昆明的云南師范大學工作，Ren Zhao在中國重慶的第三軍醫大學。
【細胞和細胞碎片如何在電場中運動】
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