圣裘德儿童研究医院的科学家发现，细胞线(细胞上细长的毛发状突起)在神经发育过程中非常重要。细胞质连接远距离通讯的细胞，但在发育中的脊椎动物组织中很难用显微镜捕获。研究人员首次找到了一种方法来可视化细胞因子在哺乳动物神经系统发育过程中如何运输信号分子。研究结果发表在《细胞》杂志上。
“我们证明细胞因子是信号传输的直接快速途径，”通讯作者、圣裘德细胞与分子生物学系的Stacey Ogden博士说。“细胞在发育和组织稳态过程中需要相互沟通，并且能够接触到的不仅仅是它们的邻居。我们已经确定了一种将信号加载到细胞因子中以运输到响应细胞群的方法，并证明当这种信号分散模式受到损害时，组织模式不会正确发生。”
快速信号传递建立了成功的神经系统
奥格登实验室的研究人员首次将现代显微镜技术与优化的样品制备相结合，对发育中的神经系统中的哺乳动物细胞因子进行可视化。
“长期以来，在发育中的哺乳动物组织中可视化这些结构一直是一项挑战，”奥格登说。“但我们终于找到了办法。”
利用他们的新方法，科学家们捕捉到了细胞素如何充当“快速”系统的图像，该系统可以跳过干扰细胞，直接向更远的细胞传递信号，类似于只在主要车站停靠的快速地铁。主要站之一是脊索，它产生的信号在组织发育中的脊髓中起着至关重要的作用。奥格登的团队捕获了源自脊索的细胞线中发生的运输过程的图像。
当研究人员阻止信号蛋白进入细胞线时，小鼠模型中的神经发育被破坏，导致严重的神经缺陷。
奥格登说：“这是首次证明这些基于细胞因子的运输过程发生在复杂的哺乳动物组织(例如神经管)的发育过程中。” “然后我们发现，当我们减少细胞因子数量或降低细胞将信号蛋白加载到这些结构中的能力时，我们就会出现发育缺陷。”
细胞因子运输有助于建立梯度
哺乳动物的发育是一个精心引导的过程，必须协调所有器官和组织才能正确形成。细胞知道何时采取特定命运的一种方式是通过响应称为形态发生素的信号蛋白的不同阈值。细胞会对信号梯度上的这些信号做出不同的反应，对特定形态发生素的高浓度和低浓度做出不同的反应特征。良好的梯度是发展所必需的;糟糕的梯度可能会带来灾难。
尽管它们很重要，但这些形态发生素的模式如何在组织细胞领域中产生仍然是一个谜。简单的扩散可以解释其中的一些梯度，但不是全部。当科学家阻止信号进入细胞素时产生的神经缺陷提供了证据，支持细胞素信号在形态发生素模式形成过程中的关键作用。
奥格登说：“这些缺陷确实是基于细胞因子的信号在神经管模式形成过程中发挥关键作用的第一个直接证据。”
通过细胞素运输“音速刺猬”
圣裘德研究小组阐明了一种在神经管中形成音刺猬形态发生素梯度的方法。声波刺猬已被认为是神经发育中的关键信号分子，但其到达靶细胞的途径一直难以确定。该研究确定细胞因子是创建声波刺猬信号梯度解决方案的关键贡献者。相应地，当声波刺猬无法加载到细胞线中时，其信号传导功能就会受到损害。
“在形态发生素信号研究领域，我们一直想知道信号如何从一组细胞传播到接收细胞群以形成梯度，”Odgen 说。“这确实令人兴奋，表明产生形态发生素信号的细胞在使它们到达需要通过细胞因子的地方方面发挥着积极作用。信号细胞不仅制造形态发生素，而且还帮助物理传递信号。”
目前尚不清楚细胞因子表达信号蛋白运输的广泛程度。
“在这里，我们使用音速刺猬作为模型，”奥格登说。“但我们也有证据表明，这些结构可能对于传输神经管发育过程中至关重要的其他信号很重要。现在我们已经开发了一个系统来可视化这些细胞因子，我们可以开始揭示它们功能的真正广度。”
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