Entosis是一种非凋亡细胞死亡方式,由活细胞钻入相邻细胞形成Cell-in-Cell(CIC)结构继而导致内部细胞发生死亡,在包括基因组稳定、肿瘤进化以及胚胎发育等多种生物学过程中发挥重要作用【1,2】。研究表明,entotic CIC结构形成依赖于粘附连接(adherens junction,AJ)和肌动球蛋白收缩(contractile actomyosin,CA)这两个核心结构元件的协同作用【3,4】。但介导AJ和CA协同作用的结构基础和分子机制并不清楚。
研究人员首先利用免疫荧光实时动态成像技术,捕捉到entotic CICs形成过程中内外细胞交界处持续存在一种特殊的环状结构,并鉴定出该结构主要由vinculin分子构成。随后借助超高分辨率显微镜(SIM)层扫摄影且进行3D重构,发现E-cadherin在空间上被胞质Vinculin夹在中间,形成三明治样结构。
图A展示了entotic CICs形成过程中内外细胞交界处存在的一种特殊环状结构。绿色表示E-cadherin。图B展示了着力环处内外细胞的E-cadherin在空间上被vinculin夹在中间,形成的三明治样结构。绿色表示E-cadherin,红色表示vinculin。图C展示了vinculin位于着力环处而MLC则分布在内细胞的后皮质处。绿色表示vinculin,红色表示MLC。
Vinculin是一种力敏蛋白,可通过增强α-catenin和F-actin之间的相互作用来稳定E-cadherin介导的AJ。研究人员利用免疫染色和荧光共振能量转移实验证实,在entotic CICs形成过程中,vinculin在着力环处介导了力的传递,证实了富集Vinculin分子的MR是一种机械传感器,可以充当AJ和CA之间的连接元件以促进CICs的形成。进一步为了探索在CICs形成过程中MR、AJ和CA之间的动态相互作用,分别使用Y27632和EDTA抑制CA和AJ。抑制CA和AJ均可导致MR消失,并明显抑制CICs形成进程,表明MR是在功能上与CA收缩、细胞间粘附共同参与CICs形成。研究人员进一步发现,在多个细胞系中,敲低Vinculin会阻断MR和CICs的形成,然而,几乎不影响AJ和CA相关分子表达,表明了富含Vinculin的MR对于entotic CICs的形成是必需的,且可以作为关键结构元件协调AJ和CA两个已知的核心元件。
该研究提出了介导Entotic CICs形成的三元(AJ-MR-CA)工作模型:细胞-细胞间连接的E-cadherin介导的AJ通过β-CTN/α-CTN与皮质F-actin相连,而CA在远离细胞连接的后皮质收缩。细胞连接触发了α-CTN中vinculin结合区(VBR)的暴露。暴露的VBR与邻近vinculin的头部结构域结合,导致vinculin发生构象变化并释放其尾部结构域,然后与F-actin相互作用。在存在张力的情况下,vinculin以这种方式被募集在MR处,从而加强α-CTN与肌动蛋白的连接,最终促进CICs的形成。
该论文第一作者为南方医科大学博士研究生王嫚娜、军事科学院军事医学研究院助理研究员牛祖彪、南方医科大学硕士研究生覃鸿泉。军事科学院军事医学研究院孙强研究员、南方医科大学马骊教授、首都医科大学北京世纪坛医院黄红艳教授为该论文的共同通讯作者。