Cell填补空白：第一次捕捉到这个神秘结构的“快车路线”

圣犹达儿童研究医院的科学家发现，一种称为Cytonemes的神秘结构是细胞上细长的毛发状突起，在神经发育过程中很重要。在发育中的脊椎动物组织中，Cytonemes连接着远距离通信的细胞，但很难用显微镜捕捉到。在最新研究中，研究人员首次找到一种方法，可以直观的观察Cytonemes在哺乳动物神经系统发育过程中如何运输信号分子。

这一研究结果发表在《细胞》杂志上。

“我们发现Cytonemes是信号传输的直接表达途径，细胞在发育和组织稳态过程中需要相互沟通，并且能够接触到的不仅仅是它们的邻居。我们已经确定了一种将信号装载到Cytonemes中，运输到响应细胞群的方式，并证明当这种信号分散模式受到损害时，组织模式化就无法正常发生。”文章通讯作者Stacey Ogden博士说。

快速信号传递为神经系统奠定了基础

研究人员通过将现代显微镜技术与优化的样品制备相结合，首次实现了发育中的神经系统中的哺乳动物Cytonemes可视化。

Ogden说:“长期以来，在发育中的哺乳动物组织中可视化这些结构一直是一项挑战。”“但我们终于找到了办法。”

利用他们的新方法，科学家们捕捉到了Cytonemes作为“快速”系统如何发挥作用的图像，该系统可以跳过中间的细胞，直接向更远的细胞传递信号，类似于只在主要车站停靠的快速地铁。其中一个主要站点是脊索，它产生的信号在组织发育中的脊髓中起着至关重要的作用。Ogden研究小组捕捉到了来自脊索的Cytonemes运输过程的图像。

当研究人员阻止信号蛋白进入Cytonemes时，小鼠模型中的神经发育受到干扰，导致严重的神经缺陷。

“这是首次证明在神经管等复杂哺乳动物组织的发育过程中发生了这些基于细胞膜的运输过程。然后我们也证明，当我们减少细胞因子数量或降低细胞将信号蛋白装载到这些结构中的能力时，就会出现发育缺陷。”

Cytonemes运输有助于建立梯度

哺乳动物的发育是一个精心指导的过程，必须协调所有器官和组织才能正确形成。细胞知道何时采取特定命运的一种方式是对称为形态因子的信号蛋白的不同阈值做出反应。细胞通过信号梯度对这些信号做出不同的反应，在特定形态素的高浓度和低浓度下呈现不同的特征。良好的梯度是发展的必要条件，梯度不好可能会带来灾难。

尽管这些形态发生素 (morphogen，生物通注)模式很重要，但它们是如何在组织细胞的各个领域中产生的，仍然是一个谜。简单的扩散可以解释一些，但不是全部的梯度。当科学家阻断信号进入Cytonemes时产生的神经缺陷提供了证据，支持Cytonemes信号在形态形成过程中的关键作用。

Ogden说:“这些缺陷确实是第一个直接证据，证明基于Cytonemes的信号在神经管模式中起着关键作用。”

通过Cytonemes传递“音速刺猬”

圣犹达研究小组阐明了一种方法，即在神经管中形成音猬因子（Sonic hedgehog，SHH）的梯度。音猬因子基因在神经发育过程中是一种重要的信号分子，但其到达靶细胞的途径一直难以确定。该研究确定了Cytonemes是产生音猬因子信号梯度的关键因素。相应地，当超音hedgehog基因不能被装载到Cytonemes中时，其信号功能就会受到损害。

“在形态原信号研究领域，我们一直想知道一个信号是如何从一个细胞群传播到另一个接收细胞群，从而形成一个梯度的，”Odgen说。“令人兴奋的是，产生形态素信号的细胞在通过细胞组到达所需位置的过程中发挥着积极作用。信号细胞不仅制造形态原，而且还帮助物理传递信号。”

目前尚不清楚的是，信号蛋白的Cytonemes表达运输有多广泛。

Ogden说:“在这里，我们以音猬因子为模型。但我们也有证据表明，这些结构可能对传递在神经管发育过程中至关重要的其他信号很重要。现在我们已经开发出一种系统来可视化这些Cytonemes，我们可以开始揭示它们功能的真正广度。”