Nature头条!亲了就想跑?科学家发明新方法专门细胞的行为

  电影里面常常播放的画面就是:一个样的人,在街上东串西串,突然在一个人迹罕至的小街上看到一个,结果这个就猥琐地偷偷凑上前去,赶紧“亲一口”这个,接着撒腿就跑!

  在身体中,这种“亲一下,撒腿就跑”(kiss and run)的行为也相当普遍,和之间以及细胞与细胞之间的这种短暂的相互作用(Transient contacts)常重要的一类反应。

  最新一期著名期刊《Nature》发表一篇重磅文章,来自美国洛克菲勒大学的一个研究团队发明了一种有效的标记细胞和细胞短暂接触的的方法,尤其是对DC细胞和T下拨之间短暂的接触反应进行了有效地标记。

  当然,“Kiss and Run”,可以翻译得有逼格一点,译成“一吻即逝”!不过,逼格再高,也逃不过“想占便宜”的小心思,人设瞬间崩塌啊!小编也可能是周星驰的电影看多了,脑海里面就只浮现出一个“亲了就跑”,这么一个通俗的词语来,星爷一看见就耍的电影形象还是让人印象深刻的。

  话说这个“Kiss and Run”最初是用于描述一种突触囊泡的内吞的机制【1】。突触囊泡的回收机制大概有四种:网格蛋白介导的经典途径、Kiss and Run、Bulkendoeytosis 以及超速内吞机制。

  Kiss and Run机制首先是在1994年研究蛙神经肌肉节发现,神经递质后,囊泡膜未完全塌陷,仅形成纳米级瞬时的融合孔道神经递质,随后孔道关闭,突触囊泡在活动区回收利用, 直接填充神经递质进人下一个突触囊泡循环,整个过程大约只需要1秒钟,是突触囊泡回收的补偿途径。

  事实上,只要是和之间,或者与细胞之间或者细胞与细胞之间短暂地接触(Transient contacts),发生反应之后,又立马分开,都可以用“Kiss and Run”来形容。

  比如在免疫细胞的接触中,树突状细胞(DC)和T细胞之间的亲密短暂地接触,然后又迅速分开的过程,可以用Kiss and Run来形容。

  但是,这种“Kiss and Run”的细胞过程如何观察得到呢?由于这个过程持续的时间比较短,甚至是零点几秒钟到几十分钟不等,观察这种行为相当困难。

  比如,举个人的例子,坏蛋在人迹罕至的街上非礼了一位,由于街上没有装摄像头,事后他,他要是一口咬定没有非礼那位女士,那么,也没有办法了,因为没有摄像头到这个过程,没有抓他。

  这可以类比到DC细胞和T细胞,你在显微镜下观察到它们就像一个个小乒乓球似的,相互分开,怎么知道它们之间都没有曾经发生反应呢?除非一直使用显微镜持续不断地观察记录所有过程。但是,显然这是很难办到的。为何?你要用显微镜持续一个或者几个细胞可能还是办得到的,但是要所有细胞则不可能,另外,有些“Kiss and Run”持续时间相当短暂,比如零点几秒钟,显微镜也很难观察。

  这项技术第一个关键是利用了一个细菌的重要的酶-转肽酶sortase A(SrtA)。Srt A酶由206个氨基酸组成,它的N 端部分是一个跨膜区,C端部分则是一个催化区域。Srt A酶是一种膜结合巯基转肽酶,能识别表面蛋白C端所含的保守氨基酸基序LPXTG(X是指任意的氨基酸)并裂解苏氨酸(T)和甘氨酸(G)间的肽键,产生一个苏氨酸的羰基末端,与细胞壁的五个甘氨酸(G)交联桥的氨基形成酰氨键,从而使表面蛋白被锚定到细胞壁的肽聚糖上(SrtA催化原理图见下图)。

  ▲转肽酶SrtA催化荧光或生物素标记的LPETG结合到5个G(甘氨酸Glycerine,图中显示3个G)的细胞膜表面,从而将荧光或生物素标记到细胞膜上(图片来自Nature)

  首先,研究者们将将StrA酶与T细胞表面的CD40受体(CD40L)融合表达,并且将APC细胞表面的CD40与5个甘氨酸(G5)融合表达(上图a小图);

  其次,由于CD40与CD40L是一对配体和受体,因此,T细胞表面的受体CD40L就会与APC细胞表面的CD40结合(b小图);

  第三,一旦CD40和CD40L接触之后,由于拉近了空间距离,此时分别融合在CD40L的SrtA酶就会催化,荧光或者生物素标记的LEPTG序列与融合在CD40的5个甘氨酸(G5)的反应,从而将荧光或者生物素标记到APC细胞膜上(c小图);

  最后,即便T细胞和APC细胞“Kiss and Run”,APC细胞也已经被标记上荧光或者生物素了(d小图),此时,研究者只需要采用流式细胞仪检测或者荧光显微镜观察有没有相应的荧光信号,就知道到底发生“Kiss and Run”没有了。

  经过这些步骤,细胞APC只要一“亲”T细胞,它就立马被打上了标记!科学家们也不需要实时一些细胞的这种行为了,只要最终通过流式细胞仪或者荧光显微镜观察这些细胞有没有被标记上荧光,就能够最终判断细胞有没有“耍”了。

  这就像实验大楼里面装好了摄像头,保安大叔就再也不用在大楼里面一层楼一层楼地巡逻了,万一撞见小年轻在某个角落“Kiss and Run”,这场面那是相当尴尬的,不如回去在小暗室看看摄像头!

  但是,你怎么会知道LIPSTIC技术能够有效地标记“细胞”呢?虽然实验组的荧光比例比对照组高,但是,要是没有亲自在显微镜下看见的话,也很难判断吧。

  因此,研究者们直接在显微镜下观察,看采用这种方法来追踪“细胞”是否与显微镜下观察到的一致。

  结果,显微镜下观察B细胞和T细胞的“Kiss and Run”,竟然真的发生了“Kiss and Run”,LIPSTIC技术能够有效地标记“细胞”。

  ▲LIPSTIC技术标记“细胞”与显微镜下观察一致,图中白色箭头所指为LIPSTIC技术标记

  因此,研究者们能够有效地标记“Kiss and Run”细胞,为细胞与细胞的短暂相互作用提供了一种有效的方法。

  这种方法不但能够应用于T细胞和DC细胞这类免疫细胞的“Kiss and Run”,同时,还能够有效地应用于其他的受体-配体介导得到细胞反应的“Kiss and Run”。

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