近日，一項發(fā)表于《Cell》的研究基于數據科學(xué)框架，揭示了細胞在體內的移動(dòng)方式。研究分析了趨化因子及其相關(guān)的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs），即控制細胞運動(dòng)的蛋白質(zhì)。研究發(fā)現，蛋白質(zhì)的特定結構位置決定了趨化因子與GPCR之間的結合方式。

研究者利用這些信息，人工改變了趨化因子與GPCR的結合偏好，從而影響細胞的遷移。這一研究成果可能為相關(guān)領(lǐng)域提供新的理解，如增強細胞在體內移動(dòng)的機制。

細胞遷移對身體的多個(gè)過(guò)程有著(zhù)重要影響，包括免疫細胞如何前往感染部位、大腦如何發(fā)育以及傷口的愈合。某些疾病細胞（如轉移性癌癥）也在利用這些機制。雖然已知細胞運動(dòng)是由GPCR和趨化因子這兩個(gè)蛋白質(zhì)家族的相互作用所引導，但成員之間的廣泛相似性使得理解正確的配對及其對細胞遷移的控制變得復雜。研究人員開(kāi)發(fā)了數據科學(xué)方法，以識別每種蛋白質(zhì)中負責分子相互作用的具體部分。

“我們發(fā)現，細胞利用一種優(yōu)雅的系統，通過(guò)結構和無(wú)序區域的結合來(lái)控制細胞的遷移，”通訊作者M. Madan Babu表示。“有了這種解釋?zhuān)覀儸F在可以合理地對趨化因子的結構進(jìn)行微小改動(dòng)，從而以所需的方式改變細胞遷移的方向。”

小而無(wú)序的區域為趨化因子-GPCR對提供順序

研究揭示了趨化因子與其受體如何選擇性結合GPCR家族的特定成員。研究人員通過(guò)數據挖掘蛋白質(zhì)序列和結構信息進(jìn)行分析，比較了所有人類(lèi)的趨化因子結合GPCR以及所有趨化因子，進(jìn)一步對比了其他物種的相似趨化因子和GPCR。此外，研究人員還從整體層面觀(guān)察每種蛋白質(zhì)，發(fā)現在不同群體中保持一致和存在差異的部位。

“通過(guò)我們的數據分析，我們發(fā)現趨化因子與GPCR之間選擇性結合的信息儲存在高度無(wú)序、結構松散的小片段組成的離散包中，”首席作者Andrew Kleist表示。“這些小片段的結合方式，類(lèi)似于網(wǎng)站的數據加密密鑰，決定了細胞的遷移。”

研究發(fā)現，這些蛋白質(zhì)中的無(wú)序區域就像私鑰，而結構化區域則充當公鑰。趨化因子的無(wú)序區域與GPCR的結構區域之間的相互作用，結合蛋白質(zhì)的高度結構化部分，為細胞提供了獨特的化學(xué)標識符，以表征該趨化因子與GPCR的配對。這一標識符包含了細胞對特定趨化因子與GPCR結合作出響應的信息，使細胞能夠朝著(zhù)更多的趨化因子方向遷移。

圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1070211

圖片信息：通訊作者 M. Madan Babu博士和Andrew Kleist醫學(xué)博士

“了解這些蛋白質(zhì)的相互作用后，我們證明可以理性地突變它們，以獲得不同的特性，”Babu表示。研究人員改變了決定特定趨化因子選擇性的區域，以調整其與受體的結合偏好。共同作者Lindsay Talbot表示：“我們能夠改變T細胞（一種白細胞）移動(dòng)的方式，從而降低了阻止其運動(dòng)的信號。”

用趨化因子和GPCR進(jìn)行前進(jìn)運動(dòng)

“現在，我們已經(jīng)證明了這一概念的可行性，我們的方法將引導新的研究探索和現有領(lǐng)域的改進(jìn)，”Kleist表示。“例如，可能會(huì )開(kāi)發(fā)出能更好引導免疫細胞的分子，或幫助招募更多干細胞進(jìn)行相關(guān)研究。在理論上，任何依賴(lài)細胞運動(dòng)的研究都可能受益于這些原則。”

為了便于測試，研究團隊將該數據科學(xué)框架在線(xiàn)發(fā)布。這一資源是將細胞運動(dòng)操控從概念轉化為現實(shí)的第一步。

“當人們談?wù)撋眢w時(shí)，往往認為細胞保持靜止，但這種看法過(guò)于簡(jiǎn)單，”Babu表示。“根據不同的組織，細胞實(shí)際上是不斷移動(dòng)的，而我們對這些系統的新理解為研究提供了新的方向。”

期刊：Cell

DOI：10.1016/j.cell.2025.03.046