I en ny recension beskriver Carlo Maley och kollegor från Arizona State University cell-i-cell-fenomen där en cell uppslukar och ibland konsumerar en annan. Studien visar att fall av detta beteende, inklusive cellkannibalism, är utbredda över livets träd.
Fynden utmanar den vanliga uppfattningen att cell-i-cell-händelser till stor del är begränsade till cancerceller. Snarare verkar dessa händelser vara vanliga i olika organismer, från encelliga amöbor till komplexa flercelliga djur.
Den utbredda förekomsten av sådana interaktioner i icke-cancerceller tyder på att dessa händelser inte i sig är "egoistiska" eller "cancerösa" beteenden. Snarare föreslår forskarna att cell-i-cell-fenomen kan spela avgörande roller i normal utveckling, homeostas och stressrespons över ett brett spektrum av organismer.
Studien hävdar att inriktning på cell-i-cell-händelser som ett tillvägagångssätt för att behandla cancer bör överges, eftersom dessa fenomen inte är unika för malignitet.
Genom att visa att händelser sträcker sig över ett brett spektrum av livsformer och är djupt rotade i vår genetiska sammansättning, uppmanar forskningen oss att ompröva grundläggande koncept för cellulärt samarbete, konkurrens och den intrikata naturen hos flercellig karaktär. Studien öppnar nya vägar för forskning inom evolutionsbiologi, onkologi och regenerativ medicin.
Forskningen, publicerad i Scientific Reports , är den första som systematiskt undersöker cell-i-cell-fenomen över livets träd. Gruppens resultat kan hjälpa till att omdefiniera förståelsen av cellulärt beteende och dess implikationer för multicellularitet, cancer och själva livets evolutionära resa.
"Vi kom först in i det här arbetet eftersom vi lärde oss att celler inte bara konkurrerar om resurser - de dödar och äter aktivt varandra", säger Maley. "Det är en fascinerande aspekt av cancercellernas ekologi. Men ytterligare undersökningar visade att dessa fenomen inträffar i normala celler och ibland dör ingen av cellerna, vilket resulterar i en helt ny typ av hybridcell."
Maley är en forskare vid Biodesign Center for Biocomputing, Security and Society; professor vid Institutionen för livsvetenskaper vid ASU; och chef för Arizona Cancer Evolution Center.
Studien genomfördes i samarbete med första författaren Stefania E. Kapsetaki, tidigare med ASU och nu forskare vid Tufts University, och Luis Cisneros, tidigare med ASU och för närvarande forskare vid Mayo Clinic.
Cell-i-cell-händelser har länge observerats men är fortfarande dåligt förstådda, särskilt utanför sammanhanget av immunsvar eller cancer. De tidigaste generna som är ansvariga för cell-i-cell-beteende går tillbaka över 2 miljarder år, vilket tyder på att fenomenen spelar en viktig roll i levande organismer, men ännu inte fastställd. Att förstå de olika funktionerna av cell-i-cell-händelser, både i normal fysiologi och sjukdom, är viktigt för att utveckla effektivare cancerterapier.
Granskningen gräver ner sig i förekomsten, den genetiska grunden och den evolutionära historien för cell-i-cell-fenomen, och kastar ljus över ett beteende som en gång ansågs vara en anomali. Forskarna granskade mer än 500 artiklar för att katalogisera de olika former av cell-i-cell-fenomen som observerats över livets träd.
Studien beskriver 16 olika taxonomiska grupper där cell-i-cell-beteende visar sig förekomma. Cell-i-cell-händelserna klassificerades i sex distinkta kategorier baserat på graden av släktskap mellan värd- och bytesceller, såväl som resultatet av interaktionen (om en eller båda cellerna överlevde).
Ett spektrum av cell-i-cell-beteenden lyfts fram i studien, allt från helt själviska handlingar, där en cell dödar och konsumerar en annan, till mer samarbetande interaktioner, där båda cellerna förblir vid liv. Till exempel fann forskarna bevis på "heterospecifik dödande", där en cell uppslukar och dödar en cell av en annan art, över ett brett spektrum av encelliga, fakultativt flercelliga och obligatoriska flercelliga organismer. Däremot var "konspecifik dödande", där en cell konsumerar en annan cell av samma art, mindre vanligt, observerat i endast tre av de sju större taxonomiska grupperna som undersöktes.
Obligatoriska flercelliga organismer är de som måste existera i flercellig form under hela sin livscykel. De kan inte överleva eller fungera som enstaka celler. Exempel inkluderar de flesta djur och växter. Fakultativa flercelliga organismer är organismer som kan existera antingen som singelceller eller i flercellig form beroende på miljöförhållanden. Till exempel kan vissa typer av alger leva som singelceller under vissa förhållanden men bilda flercelliga kolonier i andra.
Teamet dokumenterade också fall av cell-i-cell-fenomen där både värd- och bytesceller förblev vid liv efter interaktionen, vilket tyder på att dessa händelser kan fylla viktiga biologiska funktioner utöver att bara döda konkurrenter.
"Vår kategorisering av cell-i-cell-fenomen över livets träd är viktig för att bättre förstå evolutionen och mekanismen för dessa fenomen", säger Kapsetaki. "Varför och exakt hur uppstår de? Det här är en fråga som kräver ytterligare undersökning av miljontals levande organismer, inklusive organismer där cell-i-cell-fenomen kanske ännu inte har sökts efter."
Förutom att katalogisera de olika cell-i-cell-beteendena, undersökte forskarna också det evolutionära ursprunget för generna som är involverade i dessa processer. Överraskande nog fann de att många av nyckelcell-i-cell-generna dök upp långt före utvecklingen av obligat multicellularitet.
"När vi tittar på gener förknippade med kända cell-i-cell-mekanismer hos arter som avvek från den mänskliga härstamningen för mycket länge sedan, visar det sig att de mänskliga ortologerna (gener som utvecklats från en gemensam förfäders gen) vanligtvis är förknippade med normala funktioner av multicellularitet, som immunövervakning, säger Cisneros.
Totalt identifierades 38 gener associerade med cell-i-cell-fenomen, och 14 av dessa har sitt ursprung för över 2,2 miljarder år sedan, före den gemensamma förfadern till vissa fakultativt flercelliga organismer. Detta tyder på att det molekylära maskineriet för cellkannibalism utvecklades före de stora övergångarna till komplex multicellularitet.
De gamla cell-i-cell-gener som identifierats i studien är involverade i en mängd cellulära processer, inklusive cell-celladhesion, fagocytos (uppslukning), intracellulär dödande av patogener och reglering av energimetabolism. Denna mångfald av funktioner indikerar att cell-i-cell-händelser sannolikt spelade viktiga roller även i encelliga och enkla flercelliga organismer långt innan det komplexa flercelliga livet uppstod.
Mer information: Stefania E. Kapsetaki et al, Cell-i-cell-fenomen över livets träd, Scientific Reports (2024). DOI:10.1038/s41598-024-57528-7
Journalinformation: Vetenskapliga rapporter
Tillhandahålls av Arizona State University
