新细胞器迁移体通过其内含小囊泡参与细胞器互作网络的分子机制

Migrasome is a newly discovered cellular organelle in Dr. Li Yu’s lab in 2015. When cells migrate, migrasomes grow on the tips or intersections of retraction fibers at the rear of migrating cells. Migrasomes are eventually detached from retraction fibers and their contents are released into the extracellular space. We speculate that migrasomes function in the active release of intracellular contents into external environment for space and spatio-temporal cell-cell communication. Migrasome contains numerous small vesicles and the same vesicles are also found in the lumen of retraction fibers. Thus, small vesicles may act as vehicles for signal transportation between cell body and migrasomes. So far, however, the origin of the small vesicle is unknown. We will screen out the protein marker for small vesicles based on mass spectrum results. Thereby, we will trace back to the origin of the small vesicles and study the mechanism of their biogenesis, contents sorting and transporting. Our study will further elucidate the biogenesis mechanism of migrasome, and in addition shed some light on the role of migrasome in the whole cellular organelle interaction network.

俞立教授研究组于2014年发现新细胞器迁移体。在细胞迁移时，尾部留下收缩丝，在收缩丝的尖端和分叉处产生新细胞器迁移体。迁移体内含有细胞质成分，因此可能参与细胞间近距离或远距离的物质传递和信号沟通。迁移体为单层膜的囊泡结构，内含数量不等的小囊泡，同时在收缩丝中也发现存在形态相同的小囊泡，因此小囊泡可能作为迁移体和细胞胞体信号沟通的载体。然而小囊泡的来源未知，我们拟通过质谱筛选小囊泡的标记物，鉴定小囊泡的来源，并阐述小囊泡的发生，小囊泡内容物的分选机制和运输机制，旨在阐述迁移体与细胞胞体的双向运输沟通的的机制。我们的研究一方面对迁移体的形态和组成有了更明确的认识，另一方面解析了迁移体参与细胞器互作网络的方式和生理功能，推进了我们对于迁移体发生的分子机制和其承载的细胞之间的信号沟通的功能的理解，同时也为当前细胞器互作网络的绘制增加了新的膜性细胞器和新的互作方式。

迁移体是2015年清华大学俞立教授实验室发现的新细胞器。迁移体是细胞迁移过程中尾部留下的收缩丝上产生的直径为0.5-3 μm的囊泡结构，参与细胞间远距离信号沟通。本课题计划为明确迁移体内小囊泡的来源以及运输方式，鉴定迁移体与其它细胞器之间交换的物质及信号分子，并且阐述互作的生物学功能。本项目主要聚焦迁移体内容物分选机制，按计划完成任务并在原先的研究计划上进行了延伸。本项目优化了迁移体纯化步骤，并对其进行定量蛋白质谱分析，鉴定参与迁移体发生的蛋白机器，以及迁移体承载的内容物，为迁移体发生机制和迁移体内容物的研究打下基础。本课题建立血清物质分离纯化的方法，首次利用迁移体的标志物在血清样本中鉴定迁移体，奠定了迁移体通过循环系统进行远距离信号传递的理论基础。本课题还以Rab GTPase为切入点，建立了以Rab为核心的迁移体内囊泡运输机制，并探索迁移体内容物发挥功能的分子机制。迁移体的内容物出乎意料的广泛，并由Rab GTPase介导运输。本项目初步筛选出了包括氨基酸，葡萄糖转运子，金属蛋白酶，细胞连接蛋白等迁移体的重要“货物”蛋白。本项目会持续探索迁移体内货物的运输途径，生理功能，以及刺激迁移体内容物运输的上游信号。本项目的研究发现了Rab GTPase 介导的新细胞器迁移体内容物的运输途径，鉴定了迁移体内具有功能的 “货物” 蛋白主动运输途径，为迁移体的机制研究和迁移体与疾病关系的研究打下基础，也为将来以迁移体为核心的疾病诊断标志物的鉴定提供理论依据。