環境中的「地形」可促使細胞移動

細胞的變形蟲運動具備多種不同的推進機制，其中，整聯蛋白（ integrin ）家族的蛋白質能以附著（ adhesion ） 的方式讓細胞內部的肌動蛋白（ actin ） 細胞骨架與外部的環境連動，使細胞前進。但亦有研究發現，白血球在低附著的狀態下也能快速移動 [1-3] ，因此奧地利科技研究所 （ Institute of Science and technology Austria ） Sixt 教授的團隊便深入探討 integrin 以外的細胞移動機制 [4]。

團隊以小鼠 T 細胞株進行研究，將與 integrin 一同作用的的接合蛋白 Tln1 剔除後，發現細胞在 2D 的平面環境下因為附著力低而難以移動，但在 3D 的膠原蛋白膠中移動的情況卻跟 wild-type 細胞不相上下。為了模擬淋巴管和組織中的環境，團隊讓細胞通過內面地形較複雜的管柱，發現 Tln1 基因剔除的細胞可在內面起伏的管柱中移動，但在平滑的區段卻難以移動；隨著管柱的起伏間距逐漸拉長 （ 6-24 μm ），細胞的移動速度也逐漸減慢，間距長達 24 μm 時便無法進入最後的平滑區段（圖一）。

團隊也以螢光追蹤 F-actin 來偵測細胞的 actin 反向流動 （ retrograde actin flow ） 速度，發現管柱的起伏間距愈長，細胞的 actin 反向流動速度愈高，表示地形會對其造成影響。根據這些結果，團隊提出模型解釋細胞在複雜地形中有非附著式的移動機制（圖二）。在平滑的環境中，actin 細胞骨架與環境之間沒有連動，儘管細胞有較高的反向流動還是無法前進；但在地形複雜的環境中，地形使得 actin 的流動產生彎曲，進而造成剪應力 （ shear stress ），只要起伏的間距 λ 小於 actin 反向流動的波長 L，剪應力就能推動細胞前進。

最後，團隊將細胞放在一鈍化過（讓 integrin 無法附著）但具有刻紋的平面上，發現細胞的移動方向跟刻紋垂直，且與刻紋平行的 actin 會反向流動，但與刻紋垂直的 actin 則不會，顯示細胞能在不使用 integrin 的情況下以垂直刻紋的方向與外界連動。

這項研究揭開了細胞內外力量傳輸的新機制。不過，團隊也指出，仰賴 integrin 附著的力量傳輸、摩擦力和細胞的變形並非互相排斥的機制，而是細胞連動內外的不同方式，細胞可交替或同時使用，在非均質的環境中移行。

參考文獻：

1. Lämmermann, T. & Sixt, M. (2009). Mechanical modes of ‘amoeboid’ cell migration. Curr. Opin. Cell Biol. 21, 636–644. DOI: 10.1016/j.ceb.2009.05.003.
2. Liu, Y.-J. et al. (2015). Confinement and low adhesion induce fast amoeboid migration of slow mesenchymal cells. Cell 160, 659–672. doi: 10.1016/j.cell.2015.01.007.
3. Friedl, P. & Wolf, K. (2010). Plasticity of cell migration: a multiscale tuning model. J. Cell Biol. 188, 11–19. DOI: 10.1083/jcb.200909003
4. Reversat, A. et al. (2020). Cellular locomotion using environmental topography. Nature 582, 582–585.  DOI: 10.1038/s41586-020-2283-z

撰文｜陳柔含
審稿｜周文鴻