Language
Country/Area
No result found
細胞極性的奧秘：如何讓細胞在功能上展現出獨特的差異？
細胞極性是細胞內形狀、結構以及功能上空間差異的表現，幾乎所有細胞類型均會體現某種形式的極性，這使得細胞能夠執行專門的功能。例如，表皮細胞憑藉其尖端-基底的極性進行組織化，神經元則依賴一方向的信號傳遞，遷徙細胞必須具備前後極性以進行有效移動。這些細胞的極性也在其後裔細胞的非對稱性分裂中扮演著關鍵角色，以設置功能上的不對稱性。
幾乎所有細胞類型都有某種形式的極性，使它們能夠進行專門的功能。
極性細胞的範例
表皮細胞
表皮細胞透過緊密連結、樹突連結及粘附連結緊密相連，形成一層層細胞組成的結構，這些細胞為動物體及內部腔室（例如消化道及循環系統）提供保護。這些細胞具有明顯的尖端-基底極性，其尖端膜面向外部表面或內部腔室的腔面，而基側膜則朝外偏離腔面。基側膜包括與相鄰細胞相連的側膜及與基底膜相連的基底膜，基底膜為一薄薄的細胞外基質蛋白質層，將表皮層與下方的細胞及結締組織分隔開來。
表皮細胞的極性不僅限於尖端-基底極性，還展示了平面細胞極性。
神經元
神經元通過分支的細胞延伸——樹突接收來自鄰近細胞的信號。隨後，神經元將電信號沿著專門的軸突傳送，從基部延伸到突觸，並將神經傳遞物釋放給其他神經元或效應細胞（如肌肉或腺體）。這種極性促進了信息的單向流動，對於神經元之間及神經元與效應細胞之間的溝通至關重要。
遷徙細胞
許多細胞類型（如白血球和成纖維細胞）具備遷徙能力，為了讓這些細胞向一個方向移動，必須具備明確的前部和後部。在細胞的前端是所謂的前緣，通常透過平坦的膜皺摺（稱為膜突起）或細長突起（稱為突足）來定義。在這裡，肌動蛋白聚合使細胞能夠向前延伸並附著在表面上；而在細胞的後端，附著點會被拆解，並且肌動蛋白微纖維束（稱為壓力纖維）收縮以拉動後緣向前移動。缺少前後極性，將無法協同進行定向遷移。
芽酵母
芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）作為真核生物學的模型系統，揭示了許多極性發展的基本元素。這些細胞在極性方面與其他生物有許多相似之處，但蛋白組分較少。在芽酵母中，極性偏向在遺傳的地標上形成，當進行芽生時，Rsr1蛋白質的斑點或在配對投影時的Rax1斑點。無論是缺乏極性地標（例如在基因缺失突變體中），細胞都可以執行自發對稱破壞，極性位置隨機決定。雖然自發的極化依舊生成單一的芽生位點，但卻可藉由正反饋在極性斑點本地增加極性蛋白的濃度，同時全球性地因耗竭而降低極性蛋白的濃度。極性的主調節因子是Cdc42，它是真核細胞Ras同源Rho家族GTP酶的成員。
脊椎動物發育
脊椎動物的身體在前後、背腹和左右三個軸線上是非對稱的，這種極性在發育中的胚胎內通過多種過程產生，包括不對稱細胞分裂、不對稱蛋白質或RNA的定位、在胚胎中的分泌蛋白質濃度梯度及膜受體和配體的差異表現。細胞極性除了界定成年生物中的不對稱軸外，還調控胚胎發育過程中個別及集體細胞的移動，如頂部收縮、內淺和表面擴展等。
細胞極性主要通過特定蛋白於細胞膜特定區域的定位而形成。
分子基礎
細胞極性主要透過將特定蛋白質定位到細胞膜的特定區域來實現。這種定位通常需要將細胞質蛋白招募到細胞膜及沿細胞骨架進行極性囊泡運輸，以將跨膜蛋白從高爾基體轉運至細胞膜。許多負責調節細胞極性的分子在細胞類型之間以及跨多細胞物種之間是保守的，例如PAR複合體、Crumbs複合體和Scribble複合體。這些極性複合體以不對稱的方式定位在細胞膜的細胞質側。表皮細胞中的PAR和Crumbs複合體定位在尖端膜，Scribble複合體則定位在側膜。
極性建立
雖然許多關鍵的極性蛋白是保守的，不同細胞類型卻存在不同的極性建立機制，可區分為兩大類別： (1) 能夠自發極化的細胞，(2) 基於內在或環境的線索而建立極性的細胞。自發對稱破壞可透過非線性化學動力學的分子隨機波動放大來解釋。阿蘭·圖靈於1953年在他的論文《形態發生的化學基礎》中確立了這一生物現象的數學基礎，這一現象可通過反應動力學及擴散差異性來推導出大型穩定模式的形成。至於第二種依賴於細胞外或細胞內信號的極性建立，以線蟲（C. elegans）受精卵為典範。
極性建立既依賴於細胞內部的自發變化，也依賴於環境因素的影響。
探索細胞極性的奧秘不僅有助於我們了解生物體的發育機制，亦可能為生物醫學領域帶來突破。這不禁引發我們思考，究竟還有多少未知的細胞極性秘密等待我們去揭開呢？
