跟踪集体细胞迁移的运动和迁移速度

发育生物学

发育生物学家试图更好地理解细胞自我组织成适当三维排列的方法。这些信息可以揭示某些疾病背后的机制，例如以组织结构破坏为特征或甚至可能由组织结构破坏引起的癌症。此外，了解细胞如何组织成器官和组织对于从活细胞中制造人造器官和组织是必要的。

当细胞组织成三维结构时，它们以相互联系的群体移动。这个过程被称为“细胞集体迁移”。来自约翰霍普金斯医学院和北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员试图阐明小的GTPase Rac在果蝇边界细胞运动中的作用，作为研究集体细胞迁移的模型。这组6-8个迁移细胞来源于苍蝇卵巢中的上皮卵泡细胞。Rac被认为是控制边界细胞运动的复杂信号网络的贡献者，然而，它的确切功能尚不清楚。

由约翰霍普金斯大学的Denise Montell博士领导的研究人员利用Rac新的光激活类似物来观察局部激活Rac如何改变边界细胞的运动。他们培育了表达带有红色荧光蛋白mCherry标记的Rac光激活形式(PA-RacQ61L)的转基因果蝇。458纳米激光提供光激活，共聚焦显微镜用于获取延时图像。光激活扫描时间约为25s, 30s时用568nm波长对边缘细胞成像。光激活前和光激活后，获得了15 ~ 20个z平面的延时图像，间隔1.5µm。

在这个实验中，研究人员利用Imaris软件完成了几个功能，包括识别和分析两个或两个以上荧光标记的共定位，以及从延时图像绘制三维重建。研究团队成员王晓波博士表示，Imaris在减少非特定背景的同时增加对比度和清晰度方面非常强大。

实验的关键部分是跟踪边界细胞移动的方向和距离，以便计算细胞迁移的速度。为了做到这一点，研究人员首先通过限制对象的“大小过滤器”来匹配边界细胞集群的实际大小，从而识别出集群的中间。在计算中心添加一个指定大小的光斑对象(图1中光斑为10%的比例大小)。对每张图像中的边界细胞集群中心进行时间序列分析，生成一条跟踪线(图2)。最后，Imaris通过将集群移动的距离除以经过的时间计算出集群的速度(图3)。王博士说，过滤器的大小很重要，因为如果它太小，该软件根据细胞群不同区域的不同荧光水平显示了许多点(强度中心)。相反，如果它比星团直径大得多，相邻的背景荧光会被包含在计算中，这将改变星团中心的位置。

Montell的团队发现，局部Rac激活导致处理细胞的突出，以及侧面和背部细胞的突出的收缩。这种效应导致了群集的极化，从而导致向Rac活性最高的方向移动。抑制先导细胞中的Rac会导致其他细胞向各个方向突出。这些结果表明，群集前部Rac的激活是引导的关键，该激活影响整个群集的迁移方向。

蒙特尔博士说:“光激活Rac可以在一个完整的、活的、发展中的三维器官中引导细胞群，这一演示为社会细胞行为的基础科学提供了洞察。”“此外，它还提供了一些将这种技术用于治疗的希望，尽管可能有些遥远。”研究人员已经在人间充质干细胞中使用了这种方法，目前正在测试宏观光梯度是否可以引导间充质干细胞表达光激活Rac。

你可以在他们的网站上找到更多关于Denise Montell博士实验室的信息网站．

研究论文:光介导激活揭示了Rac在体内集体引导细胞运动中的关键作用《自然细胞生物学》，Vol. 12, No. 6, DOI: 10.1038/ncb2061。