2015年，清華大學(xué)余立教授團(tuán)隊(duì)首次在Cell research上提出“遷移體”（migrasomes）概念，由此又多了一種新型細(xì)胞器。

（一）細(xì)胞器的發(fā)現(xiàn)過(guò)程

細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，真核細(xì)胞主要由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和一些細(xì)胞器構(gòu)成的，細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)是隨著光學(xué)顯微鏡，到電子顯微鏡加上密度梯度離心等技術(shù)的發(fā)展而逐漸發(fā)現(xiàn)的。余立教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)電子顯微鏡、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、激光共聚焦、活細(xì)胞成像系統(tǒng)、光鏡電鏡聯(lián)合技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)以及超高速密度梯度離心法聯(lián)合使用，發(fā)現(xiàn)了一種新型細(xì)胞器，并且證實(shí)該細(xì)胞器與細(xì)胞遷移有關(guān)，并命名為遷移體。

（二）遷移體的發(fā)現(xiàn)過(guò)程

作者通過(guò)原位包埋方法制備TEM切片，觀察，發(fā)現(xiàn)有種結(jié)構(gòu)經(jīng)常傾向于出現(xiàn)在細(xì)胞的某一側(cè)。這種結(jié)構(gòu)由單層膜包裹，并且其中包含著一些更小的囊泡。由于這種結(jié)構(gòu)的形狀和石榴的形狀極其相似，命名為石榴樣結(jié)構(gòu)（PLSs） （Figure 1A）

Figure 1

作者通過(guò)對(duì)石榴樣結(jié)構(gòu)的大量觀察，發(fā)現(xiàn)不同的石榴樣結(jié)構(gòu)，其大小之間有一定的差別（0.5-2um左右），并且石榴體重包含的更小囊泡的數(shù)量也有很大差別。推測(cè)，石榴樣結(jié)構(gòu)直徑的差別，以及更小囊泡數(shù)量的不同，與其所處的生長(zhǎng)周期有一定的關(guān)系。（Figure 1C、D）另外，作者觀察到石榴體會(huì)通過(guò)絲狀結(jié)構(gòu)與細(xì)胞胞體之間連接在一起；通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡確定收縮絲上連著石榴樣結(jié)構(gòu)，并且石榴樣結(jié)構(gòu)是一個(gè)相對(duì)規(guī)則的球形（Figure 1B、E）。

（三）遷移體的標(biāo)記蛋白鑒定

  通過(guò)密度梯度聯(lián)合超高速離心方式，對(duì)樣品進(jìn)一步純化，使得石榴樣結(jié)構(gòu)相對(duì)于集中在蔗糖梯度的某一層，最終獲得精提的石榴樣結(jié)構(gòu)（Figure 1F）；將純化的石榴樣結(jié)構(gòu)做蛋白質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)60%的是膜相關(guān)蛋白（Figure 2B）。從質(zhì)譜結(jié)果中挑選感興趣的蛋白，將興趣蛋白與GFP標(biāo)記融合表達(dá)，轉(zhuǎn)染細(xì)胞，通過(guò)激光共聚焦發(fā)現(xiàn)了一個(gè)標(biāo)記蛋白Tspan4（Figure 2C）。通過(guò)光鏡電鏡聯(lián)合技術(shù)，確認(rèn)激光共聚焦觀察到的帶Tspan4標(biāo)記的石榴樣結(jié)構(gòu)就是透射電子顯微鏡的石榴樣結(jié)構(gòu)（Figure 2E）。

Figure 2

（四）遷移體形成機(jī)制

遷移體在收縮絲上從無(wú)到有，從小長(zhǎng)大的一個(gè)過(guò)程，并不是細(xì)胞直接留下的一個(gè)囊泡狀結(jié)構(gòu)（Figure 3B、3C）。遷移體的形成是一個(gè)相對(duì)快速的過(guò)程（Figure 3E），有一段時(shí)間，就會(huì)進(jìn)入到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的階段，大小不會(huì)再發(fā)生變化，最后，遷移體與收縮絲斷裂，本身也破裂（Figure 3D）。

Figure 3

細(xì)胞遷移過(guò)程中形成石榴樣結(jié)構(gòu)；在細(xì)胞培養(yǎng)中加入Fn（具有促進(jìn)細(xì)胞的黏附和遷移），發(fā)現(xiàn)在促進(jìn)細(xì)胞遷移后，石榴樣結(jié)構(gòu)也更多，證實(shí)石榴樣結(jié)構(gòu)與細(xì)胞遷移有關(guān) （Figure 4B、4C）；Sharpin敲低，細(xì)胞遷移速度加快，同時(shí)，石榴樣結(jié)構(gòu)數(shù)量增加（Figure 4D、4E）

加入細(xì)胞遷移的抑制劑后，石榴樣結(jié)構(gòu)數(shù)量減少（Figure 4F、4G）；多種實(shí)驗(yàn)證明石榴樣結(jié)構(gòu)與細(xì)胞遷移相關(guān)，故命名為遷移體。

Figure 4

 
        遷移體的結(jié)構(gòu)相對(duì)較大，要克服巨大的膜表面張力，最終才能形成遷移體，需要形成以及維持這樣一種結(jié)構(gòu)，最有可能參與其中的蛋白應(yīng)該就是肌動(dòng)蛋白。采用LifeAct-GFP標(biāo)記肌動(dòng)蛋白，發(fā)現(xiàn)LifeAct確實(shí)存在于遷移體中，說(shuō)明在遷移體中，存在聚合的肌動(dòng)蛋白，并且LifeAct靠近遷移體的膜，暗示其對(duì)遷移體的形態(tài)維持有很重要的作用（Figure 5B）。加入肌動(dòng)蛋白聚合的抑制劑影響遷移體的形成（Figure 5C、5D）。

Figure 5

 

（五）遷移體在體內(nèi)外存在

  遷移體在正常細(xì)胞和癌細(xì)胞，在動(dòng)物的各組織內(nèi)均廣泛存在（Figure 6）。

Figure 6

（六）遷移體的功能研究

GFP指示細(xì)胞質(zhì)成分，TSPAN4指示遷移體；發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)成分可以進(jìn)入到遷移體中（Figure 7A、7B），將穩(wěn)定表達(dá)TSPAN4-GFP的NRK細(xì)胞與穩(wěn)定表達(dá)LAMP1-mCherry的NRK細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)遷移體會(huì)被周?chē)募?xì)胞攝取（Figure 7C）。

Figure 7

（七）遷移體標(biāo)記染料

另外，作者建立了一種大分子染料X來(lái)標(biāo)記遷移體。

遷移體發(fā)現(xiàn)總結(jié)

?  透射電鏡發(fā)現(xiàn)石榴樣結(jié)構(gòu)，并且結(jié)構(gòu)通過(guò)絲狀物與胞體相連。

?  利用超高速密度梯度離心和質(zhì)譜技術(shù)，發(fā)現(xiàn)感興趣的蛋白，通過(guò)激光共聚焦和光鏡電鏡聯(lián)用技術(shù)，找到石榴樣結(jié)構(gòu)的標(biāo)記蛋白TSPAN4。

?  通過(guò)標(biāo)記TSPAN4，利用長(zhǎng)時(shí)間激光共聚焦拍攝，發(fā)現(xiàn)石榴樣結(jié)構(gòu)從無(wú)到有，從小到大，400分鐘左右破裂，釋放內(nèi)容物 。

?  通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間激光共聚焦拍攝，發(fā)現(xiàn)石榴樣結(jié)構(gòu)與細(xì)胞遷移有關(guān)；通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞遷移（加入Fn或者敲低Sharpin）石榴樣結(jié)構(gòu)增加，而抑制細(xì)胞遷移（使用遷移抑制劑），發(fā)現(xiàn)石榴樣結(jié)構(gòu)減少，從而將石榴樣結(jié)構(gòu)命名為遷移體。

?  在不同細(xì)胞（正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞）、三維培養(yǎng)、動(dòng)物組織中廣泛發(fā)現(xiàn)遷移體存在。

?  遷移體功能研究：利用共聚焦技術(shù)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)成分會(huì)進(jìn)入遷移體，遷移體可被周?chē)?xì)胞攝取。

?  發(fā)現(xiàn)一種染料可標(biāo)記遷移體。

參考文獻(xiàn)：

1.       Ma L , Li Y , Peng J , et al. Discovery of the migrasome, an organelle mediating release of cytoplasmic contents during cell migration[J]. Cell Research, 2015, 25(1):24-38.

2.       馬亮. 遷移體的發(fā)現(xiàn)及其分子機(jī)制研究[D]. 2017.