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Extension of chemotactic pseudopods by nonadherent human neutrophils does not require or cause calcium bursts.
Science Signaling ( IF 7.3 ) Pub Date : 2018-03-13 , DOI: 10.1126/scisignal.aal4289
Emmet A Francis 1 , Volkmar Heinrich 1
Affiliation  

Global bursts in free intracellular calcium (Ca2+) are among the most conspicuous signaling events in immune cells. To test the common view that Ca2+ bursts mediate rearrangement of the actin cytoskeleton in response to the activation of G protein-coupled receptors, we combined single-cell manipulation with fluorescence imaging and monitored the Ca2+ concentration in individual human neutrophils during complement-mediated chemotaxis. By decoupling purely chemotactic pseudopod formation from cell-substrate adhesion, we showed that physiological concentrations of anaphylatoxins, such as C5a, induced nonadherent human neutrophils to form chemotactic pseudopods but did not elicit Ca2+ bursts. By contrast, pathological or supraphysiological concentrations of C5a often triggered Ca2+ bursts, but pseudopod protrusion stalled or reversed in such cases, effectively halting chemotaxis, similar to sepsis-associated neutrophil paralysis. The maximum increase in cell surface area during pseudopod extension in pure chemotaxis was much smaller-by a factor of 8-than the known capacity of adherent human neutrophils to expand their surface. Because the measured rise in cortical tension was not sufficient to account for this difference, we attribute the limited deformability to a reduced ability of the cytoskeleton to generate protrusive force in the absence of cell adhesion. Thus, we hypothesize that Ca2+ bursts in neutrophils control a mechanistic switch between two distinct modes of cytoskeletal organization and dynamics. A key element of this switch appears to be the expedient coordination of adhesion-dependent lock or release events of cytoskeletal membrane anchors.

中文翻译:

非粘附性人类嗜中性粒细胞扩展趋化性假足不需要或不会引起钙爆发。

游离细胞内钙(Ca2 +)的整体爆发是免疫细胞中最明显的信号事件之一。为了测试常见的观点,即Ca2 +爆发会响应G蛋白偶联受体的活化而介导肌动蛋白细胞骨架的重排,我们将单细胞操作与荧光成像相结合,并在补体介导的趋化性过程中监测单个人中性粒细胞中Ca2 +的浓度。通过将纯趋化假足形成与细胞-基质粘附脱钩,我们表明生理浓度的过敏毒素(例如C5a)诱导非粘附性人类嗜中性粒细胞形成趋化假足,但未引发Ca2 +爆发。相比之下,C5a的病理或超生理浓度通常会触发Ca2 +爆发,但在这种情况下伪足突出会停止或逆转,有效地停止趋化性,类似于败血症相关的中性粒细胞麻痹。在纯趋化性的假足延伸期间,细胞表面积的最大增加量要小得多,比已知的人类嗜中性白细胞粘附其表面扩张的能力小八倍。因为所测得的皮质张力升高不足以解决这一差异,所以我们将有限的可变形性归因于在没有细胞粘附的情况下细胞骨架产生突出力的能力降低。因此,我们假设中性粒细胞中的Ca2 +爆发控制了细胞骨架组织和动力学的两种不同模式之间的机制转换。该开关的关键因素似乎是细胞骨架膜锚的粘附依赖性锁定或释放事件的便利协调。与败血症相关的中性粒细胞麻痹相似。在纯趋化性的假足延伸期间,细胞表面积的最大增加量要小得多,比已知的人类嗜中性白细胞粘附其表面扩张的能力小八倍。因为所测得的皮质张力升高不足以解决这一差异,所以我们将有限的可变形性归因于在没有细胞粘附的情况下细胞骨架产生突出力的能力降低。因此,我们假设中性粒细胞中的Ca2 +爆发控制了细胞骨架组织和动力学的两种不同模式之间的机制转换。该开关的关键因素似乎是细胞骨架膜锚的粘附依赖性锁定或释放事件的便利协调。与败血症相关的中性粒细胞麻痹相似。在纯趋化性的假足延伸期间,细胞表面积的最大增加量要小得多,比已知的人类嗜中性白细胞粘附其表面扩张的能力小八倍。因为所测得的皮质张力升高不足以解决这一差异,所以我们将有限的可变形性归因于在没有细胞粘附的情况下细胞骨架产生突出力的能力降低。因此,我们假设中性粒细胞中的Ca2 +爆发控制了细胞骨架组织和动力学的两种不同模式之间的机制转换。该开关的关键因素似乎是细胞骨架膜锚的粘附依赖性锁定或释放事件的便利协调。在纯趋化性的假足延伸期间,细胞表面积的最大增加量要小得多,比已知的人类嗜中性白细胞粘附其表面扩张的能力小八倍。因为所测得的皮质张力升高不足以解决这一差异,所以我们将有限的可变形性归因于在没有细胞粘附的情况下细胞骨架产生突出力的能力降低。因此,我们假设中性粒细胞中的Ca2 +爆发控制了细胞骨架组织和动力学的两种不同模式之间的机制转换。该开关的关键因素似乎是细胞骨架膜锚的粘附依赖性锁定或释放事件的便利协调。在纯趋化性的假足延伸期间,细胞表面积的最大增加量要小得多,比已知的人类嗜中性白细胞粘附其表面扩张的能力小八倍。因为所测得的皮质张力升高不足以解决这一差异,所以我们将有限的可变形性归因于在没有细胞粘附的情况下细胞骨架产生突出力的能力降低。因此,我们假设中性粒细胞中的Ca2 +爆发控制了细胞骨架组织和动力学的两种不同模式之间的机制转换。该开关的关键因素似乎是细胞骨架膜锚的粘附依赖性锁定或释放事件的便利协调。
更新日期:2018-03-14
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