科学家第一次看到死亡通过细胞移动,并测量了其行进的速度。
触发细胞凋亡的信号 - 一种细胞自杀,也称为程序性细胞死亡(PCD) - 在波浪中通过细胞级联,以每分钟的三微米(0.003毫米)的速率。
波信号传导过程称为触发波。如果您想到森林大火从一个点散开或多米诺骨牌倒下内向,您对触发浪的工作原理有很好的了解。
但是它们是细胞日常生活中重要的生物学过程,用于长途迅速而可靠地传输信息。
在多细胞动物中,它们参与了细胞周期,在该细胞周期中,细胞分裂以创建新的细胞 - 该过程在整个细胞中打开使用扳机波。
它们在大脑中也被发现为神经元动作电位 - 沿轴突的电信号传播,也是触发波。
但这是他们第一次与细胞死亡有关。
“这项工作是自然如何利用这些触发波的另一个例子 - 大多数生物学家从未听说过的事情 - 一遍又一遍地,”斯坦福大学的生物化学家詹姆斯·费雷尔(James Ferrell)说。
“这是细胞法规中的一个反复出现的主题。我敢打赌,我们很快就会在教科书中看到它。”
细胞凋亡是最受了解的细胞死亡形式之一。这是身体摆脱旧,不必要或不健康的细胞(例如具有突变的过程)的过程变成癌症或感染的人),而不会损害周围的组织。
但是即便如此,这仍然是一个谜。例如,它并不总是阻止这些突变的单元从癌变,或者它过度工作以毁灭性的效果,在神经退行性疾病的情况下淘汰健康细胞例如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症。
研究人员说,如果我们想弄清楚这是如何发生的 - 并且,根据情况,可以帮助该过程或放慢速度 - 我们需要知道如何调节凋亡。
为了看到细胞中的凋亡,研究人员使用了非洲爪蛙的卵。他们删除了细胞质从鸡蛋 - 除核以外的所有材料中 - 并将其放在管中。然后,他们使用绿色荧光蛋白在发生凋亡时发光的绿色荧光蛋白开始凋亡。
这种绿色的光芒以恒定的速度向下移动,表明凋亡通过触发波传播,而不是化学扩散,这是通信的较慢的方法。
下一步是查看此过程是否也发生在其自然状态的细胞中,但是由于青蛙的鸡蛋非常不透明,因此使用荧光显微镜将不会那么有用。
但是,当它们诱导完整卵中的凋亡时,他们注意到其颜色发生了变化,随着细胞死亡而变暗。这种变化以恒定的速度在弯曲波中的弯曲波中发生,表明触发波。
(Cheng&Ferrell/Science)
当他们分析鸡蛋时,他们发现了激活caspase- 在程序性细胞死亡中起关键作用的酶类型 - 在发生这种颜色变化的卵中。另一方面,活卵没有这些激活的胱天蛋白酶。
他们确定,一旦启动细胞死亡,这些caspases就会激活。然后,这些散布到附近的其他胱天蛋白酶,等等,依此类推,例如那些多米诺骨牌掉落,直到整个牢房都将其推动为止。
团队想要寻找触发波的下一个地方是人体的免疫反应,以确定该机制是否在整个身体的传播方式中起作用。
“我们拥有各种生物中蛋白质和基因的所有信息,我们正在尝试了解反复出现的主题是什么,”费雷尔说。
“我们表明,可以通过触发波来实现远距离通信,这取决于诸如积极反馈循环,阈值和空间耦合机制。这些成分都存在于生物学调节中。现在我们想知道其他触发波浪。”
该团队的研究已发表在《杂志》上科学。