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解读细胞语言它们如何感知和响应机械力

2024-10-22 11:28:39 生活来源：

导读细胞是生命的基本组成部分，在我们的体内不断受到各种机械力的影响。这些力可能来自内部或外部，在调节细胞迁移、分化和组织发育等过程中起...

细胞是生命的基本组成部分，在我们的体内不断受到各种机械力的影响。这些力可能来自内部或外部，在调节细胞迁移、分化和组织发育等过程中起着至关重要的作用。

作为一个对细胞复杂运作方式着迷的研究团队，我们始终被细胞如何感知和响应这些机械刺激这一基本问题所驱动。在《自然通讯》发表的一项研究中，来自北卡罗来纳大学教堂山分校、杜克大学和宾夕法尼亚州立大学医学院的合作团队揭示了在揭示使细胞能够解释和响应其遇到的机械力的分子机制方面取得的重大进展。

繁华的牢房之城

想象一下，细胞是一座繁华的城市，蛋白质是维持城市运转的工人。正如城市必须适应风雨等自然力量一样，细胞也必须适应我们体内所经历的机械力。这些力量可能来自各个方向，并在细胞迁移、组织发育和伤口愈合等过程中发挥关键作用。

我们的研究重点是一种名为纽扣蛋白的蛋白质，它是细胞内部骨架(细胞骨架)与外部环境之间的关键连接体。我们利用强大的计算建模、蛋白质工程和先进成像技术组合来研究纽扣蛋白如何感知和响应定向力。

为了更好地理解黏着斑蛋白在定向力感应中的作用，我们来考虑使用弹簧模型的船坞锁闩机制。想象一下一艘船(代表肌动蛋白)驶向一个带有弹簧闩的码头(代表黏着斑蛋白)。当船从一个方向驶来时，它会压缩弹簧，使闩锁接合并固定船。但是，如果船从相反的方向驶来，弹簧就不会以正确的方式压缩，闩锁也不会接合。

类似地，纽扣蛋白的作用类似于这种定向闩锁机制。当力施加在特定方向时，纽扣蛋白会与肌动蛋白丝形成更强的结合，就像固定船的闩锁一样。然而，当力来自其他方向时，这些加强的相互作用不会发生，类似于如果船从错误的方向靠近，闩锁就不会接合。

纽扣蛋白的这种定向力感应能力使细胞能够区分和响应来自不同方向的机械力，这对于细胞迁移和组织发育等过程至关重要。

发现DAFS残留物

通过我们的创新方法，我们发现了纽扣蛋白中的特定氨基酸残基，它们与肌动蛋白丝(细胞骨架的主要结构成分)形成方向不对称的力增强(DAFS)相互作用。这些DAFS残基就像微型传感器一样，使纽扣蛋白能够检测并响应施加在不同方向上的力。

为了验证我们的发现，我们创建了缺少这些DAFS残基的纽蛋白变体，并研究了它们对细胞行为的影响。值得注意的是，表达这些修饰纽蛋白的细胞表现出粘着斑(细胞的锚点)和肌动蛋白细胞骨架之间的协调受损，导致机械负荷分布和细胞定向迁移能力出现缺陷。

我们的研究成果意义非凡，不仅限于基础科学。通过了解细胞如何在分子水平上感知和响应定向力，我们可以深入了解组织工程等过程，因为精确控制细胞行为至关重要。此外，我们的研究结果可能有助于了解癌症等疾病背后的机制，因为机械力在肿瘤进展和转移中发挥着作用。

潜在的应用和未来方向

随着我们继续探索细胞机械传导的复杂世界，我们对研究的潜在应用感到兴奋。通过利用计算建模和实验生物学的力量，我们可以开发新方法来纵细胞行为并为多种疾病创造创新疗法。

我们的研究为细胞定向力感应的分子基础提供了新的见解，突出了纽扣蛋白及其DAFS残基的关键作用。随着我们不断突破知识界限，我们乐观地认为，我们的发现将有助于开发控制细胞行为的新策略，并最终改善人类健康。

这项研究只是我们揭开细胞与机械环境相互作用之谜的旅程的开始。我期待与该领域的同事进一步合作，共同深入了解这些基本的生物过程。

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