上皮細胞極性的奧秘

Posted on 2016/03/30 in 分子與細胞, 新知, 生命科學, 科技報導, 細胞構造 with 尚無留言 8,037 views

上皮細胞極性的奧秘 (The novel polarity in epithelial cells)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

受精卵經不斷分化建構各種細胞，並配合不同機能需要，形成特定的形狀或構造。例如纖維母細胞 (fibroblast) 的不固定形狀、上皮細胞則是扁平、方形或柱狀。在細胞形狀或構造的形成，微管 (microtubule)、肌動蛋白纖維 (actin filament) 等細胞骨架 (cytoskeleton)，扮演重要的角色。

微管是具有加入端 (plus-ends) 及減去端 (minus-ends) 極性 (polarity) 的纖維狀構造。在細胞分裂，進行紡錘體形成、染色體分配時，微管扮演重要角色；在靜止期 (stationary period)，微管作為物質運輸的橋梁，因此需配置在細胞內適當的位置及方向。纖維母細胞等大多數細胞，微管減去端連結於中心體 (centrosome)，加入端則放射狀分佈、朝向細胞外側（圖1）。

圖片來源 : http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160119_1/

上皮細胞是構成許多器官的主要細胞，能分泌細胞內所合成的物質，或吸收細胞外物質，執行各種作用。上皮細胞具發達的上方（頂端面；apical domain）及下方（基底面；basal domain）的極性（圖1）。該極性是為發揮上皮細胞特有機能的必要構造，但其形成機制不明。上皮細胞極性關聯成分-微管，在細胞內呈上下走向，1989年已有報告指出，減去端向上，加入端向下，但微管配置的分子機制或生理功能仍不明。

日本理化學研究所團隊發現分佈於非中心體微管的減去端蛋白質CAMSAP3之後，其他研究團隊也發現，CAMSAP3與微管減去端結合具有穩定結構機能，使其調控微管功能受到矚目。但CAMSAP3如何調控仍然未知，因此研究團隊聚焦於CAMSAP3，探索上皮細胞特有微管配置機制。

研究團隊使用STED超解析顯微鏡，清楚觀察到小鼠小腸上皮細胞的微管走向，沿著頂端-基底面軸(apicobasal axis)；以及CAMSAP3點狀聚集於細胞頂端面，與微管減去端結合。

接著為解析CAMSAP3機能，製作CAMSAP3缺損小鼠，觀察其小腸上皮細胞，發現原本分佈在上皮細胞頂端面的CAMSAP3消失，且其微管排列走向混亂。相較於野生型正常小鼠，CAMSAP3缺損小鼠的微管走向，並非沿著頂端-基底面軸，而出現波浪型且無規則，甚至橫向排列。顯示CAMSAP3藉由與微管頂端相連，使得微管走向沿著頂端-基底面軸。此外，藉由CAMSAP3缺損小鼠及腸道的培養細胞株實驗發現，上皮細胞微管走向，是維持上皮細胞高度、細胞核或高基氏體等細胞內小胞器配置在正確位置的關鍵。

未來藉由CAMSAP3缺損小鼠的進一步研究，有希望能解析出微管如何調控細胞內構造及生理機能，甚至生物體維持健康的機制。該研究成果於2015年12月刊載科學期刊「Proceedings of the National Academy of Sciences（PNAS）」。

名詞解釋

上皮細胞：上皮細胞所構成的組織，廣泛分佈於表皮、消化道、消化腺及管道。上皮細胞與結締組織相連，面向結締組織部分稱為基底面，反側的游離面稱為頂端面。
微管：細胞內纖維狀的細胞骨骼之一。是αβ微管蛋白(tubulin)的複合體，為一具有快速成長加入端(plus-ends)及慢速成長減去端(minus-ends)極性的動態構造。
STED超解析顯微鏡：突破光波長的解析度限制，所開發的新世代超高解析顯微鏡。

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