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发现揭示了细胞外的力如何转化为内部信号

2019-05-09 10:53:12 药业动态109℃

  发现揭示了细胞外的力如何转化为内部信号

  2013年10月21日

  约翰斯·霍普金斯大学的研究人员使用吸力来学习个体“分子肌肉”。细胞内的细胞对不同类型的力作出反应,这一发现可以解释细胞如何“感觉”细胞。环境并适当调整其形状和活动。

  10月20日在线发表在“自然材料”杂志上的这一发现摘要,特别阐明了细胞外的力如何转化为内部信号。

  他们补充说,研究人员开发的计算机模型还可以让他们预测细胞在响应那些“肌肉”的水平变化时会做些什么。在各种癌症中常见。

  “我们现在可以开始解释各种疾病的发生,因为我们了解细胞如何经历不同的力量并对其作出反应的基本机制”。约翰斯·霍普金斯大学医学院细胞生物学教授Douglas Robinson博士说。

  “这是第一次”,他补充道,“我们能够通过不同蛋白质的个体运作来解释细胞可以做什么,并且因为所有细胞都使用有关其环境中的力的信息来指导关于迁移,分裂和细胞命运的决定,这项工作具有影响对于包括癌症转移和神经变性在内的许多细胞病症。

  罗宾逊指出,作为一个细胞的生活并不那么容易。例如,大多数细胞不断受到水分子的猛烈撞击,水分子以大约1,100英里/小时的速度移动(几乎2,000公里/小时,大约是5级飓风的6倍)。红细胞通过血管翻滚并挤过微小的毛细血管,为身体的每个部位带来氧气。骨细胞以其他细胞不能的方式感受生物体的重量。

  “细胞,就像我们的身体一样,有一种皮肤,通过它可以感知它们的环境,”罗宾逊解释道。 “它们周围的硬度,各种压力,推动和拉动,所有这些力都是由细胞”皮肤“下面的不同蛋白质”感觉到的“。

  他补充说,人们对细胞如何感知和对这些力量的反应知之甚少。在约翰霍普金斯大学惠廷工程学院的Krithika Mohan和Pablo Iglesias的帮助下开发的新计算机模型正在填补这些细节。

  为了开发它,该团队研究了感受环境的蛋白质,这是包裹细胞内边缘的网络的一部分,赋予其形状和结构,并激发了名称“细胞骨架”的灵感。

   蛋白质中最普遍的是肌动蛋白,其形成通过接头蛋白以十字形图案结合在一起的短杆。还有锚定蛋白将肌动蛋白杆连接到细胞的皮肤或质膜上。这些组分一起起到“分子肌肉”的作用。允许细胞在需要时改变其形状 - 例如,当它挤压通过小空间迁移到身体的不同部位时,或当它将自身捏成两半进行分裂时。

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  研究小组将37种细胞骨架蛋白中的每一种与荧光标记连接起来,标记其在细胞中的位置。然后,他们向细胞施加压力,使用微小的玻璃管轻轻吸吮细胞,使细胞变形并形成“颈部”。如果真空吸尘器的软管吸入轻微充气的气球,可能会发生这种情况。

  当他们在显微镜下记录蛋白质的运动时,他们分析了每种蛋白质对细胞变形的反应:每种蛋白质移动的位置,移动的程度以及移动速度。

  报告的主要作者田天智说,实验过程中有两种类型的力量在起作用。颈部尖端经历扩张:整个形状保持不变,面积扩大。颈部的细长部分经历剪切:该区域保持不变但形状发生变化,就像它们摇动时的明胶块一样。研究小组发现了三种不同的连接蛋白,这些蛋白通过进入颈部而对这些力作出反应。出乎意料的是,每个人都响应不同的力量而移动到颈部的不同部位。

  研究小组报告称,其中一种连接蛋白肌球蛋白II可以像弹簧一样将肌动蛋白棒拉在一起。它对扩张作出反应,然后慷慨地覆盖颈部(见视频:https://youtu.be/XY_ra-poSlo),以帮助抵消该区域的伸展。

  α-辅肌动蛋白通过形成粘在肌动蛋白棒上的平行束来强化细胞骨架,也对扩张作出反应但是将其范围限制在颈部的尖端(见视频:https://youtu.be/lVOrhCx6S5s)。最后,细丝蛋白,像一个可移动的铰链,以连接V形角度的肌动蛋白杆,响应剪切力,并重新定位到颈部的长部分(见视频:https://youtu.be/vl8NWpgpiqo)。

  有了这些信息,该团队创建了所有力量和“分子肌肉”的计算机模拟。参与其中。当他们创造了缺少其中一个参与者的遗传突变体时,细胞的表现与模型预测的完全一致。

  资料来源:约翰霍普金斯医学

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