透過組織自行生成的趨化因子濃度梯度來定向細胞爬行的方向性

論文 : Erika Dona, et al., 2013. Directional tissue migration through a self-generated chemokine gradient. Nature 503, 285–289

報告者 : 汪欣儀                        時間 : 15:00~16:00, Oct 15, 2014

講評老師 : 傅子芳 博士                 地點 : Room 601

摘要 :

    細胞爬行的方向性參與在很多的生理功能，例如 : 胚胎發育、神經分化、免疫反應、血管生成、傷口癒合…等；在病理作用上也有所貢獻，包括 : 慢性發炎、癌症…等(1)。而細胞爬行一爬行的方式分為兩種 : 單細胞爬行及集體爬行，而這兩種爬行都有著特定的方向性，而這個方向性主要是由chemokine gradient所驅動的。舉例來說，免疫細胞會受到發言位置所釋放的chemoattractants所吸引，並爬到發炎的地方進行免疫反應(2)。先前的研究指出CXC chemokine receptors，CXCR4、CXCR7，對於整個tumor的生成過程來說扮演著重要的角色。而CXCL12，又被稱為SDF-1，是CXCR4、CXCR7的ligand(3)。在本篇實驗中為了想更為方便的觀測到內生性的chemokine gradient，於是利用了一個新興技術tandem fluorescent protein timer (-tFT)，用來分析活體動物身體裡面由ligand-triggered 的receptor turnover這個現象。這項技術是利用在CXCR4序列後端接上sfGFP及TagRFP (如圖一)兩種螢光蛋白，利用這兩個螢光蛋白生成後成熟速度不一樣的特性來觀測chemokine receptors 的lifetime ratio，當蛋白一開始被製造出來的時候會發綠螢光，隨著時間的增加宏螢光蛋白被修飾並表現之後逐漸發光，於是所觀測到的螢光會逐漸轉為黃色、橘色、甚至是紅色(如圖二)。接著作者利用斑馬魚側線的生長作為一個實驗的動物模式，因為側線在過去的研究中已經被廣泛的利用作為研究細胞及集體爬行的最佳模式，並且也知道在斑馬魚胚胎在側線發育的時候大量表現了CXCR4及CXCR7。於是作者在斑馬魚胚胎表現了帶有tandem fluorescent protein timer的CXCR4及CXCR7，觀察是否在斑馬魚側線發育的時期，確實是由側線細胞本身所表現的CXCR4及CXCR7製造出足以促使側線細胞感受得到的CXC12 chemokine gradient，並使得側線細胞群進行集體爬行，促進側線細胞正常的發育，而作者也把實驗結果整理成示意圖(如圖三)。

(圖一) tandem fluorescent protein timer (-tFT)

(圖二) lifetime ratio示意圖

(圖三)實驗結果的示意圖

參考資料 :

1.     Friedl, P., and Wolf, K. (2010). Plasticity of cell migration: a multiscale tuning model. J. Cell Biol. 188, 11–19.

2.     Kolaczkowska, E., and Kubes, P. (2013). Neutrophil recruitment and function in health and inflammation. Nat. Rev. Immunol. 13, 159–175.

3.     Anup Kumar Singh, and Dipak Datta, et al. (2013). Chemokine receptor trio: CXCR3, CXCR4 and CXCR7 crosstalk via CXCL11 and CXCL12. Cytokine Growth Factor Rev. 24, 41–49.