研究人员发现细胞皮层被成千上万的短寿命蛋白质凝聚物激活

在发育过程中，胚胎细胞分裂，直到出现功能齐全的有机体。在此过程中，细胞的一个组成部分尤为重要：细胞皮层。这种位于细胞膜下方的细丝状细丝结构(称为肌动蛋白)网络是细胞形状的主要决定因素，几乎涉及细胞所做的一切，例如移动、分裂或感知其环境。

然而，皮层必须首先由单个分子构建，如果它没有正确构建，有机体的细胞将永远无法到达正确的位置来执行它们的功能。来自德累斯顿马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所(MPI-CBG)、马普复杂系统物理研究所(MPI-PKS)和卓越生命物理学​​集群(PoL)的国际研究团队)在德累斯顿工业大学研究了秀丽隐杆线虫中这种动态细胞皮层的形成。

他们发现，当未受精的卵细胞在受精后转变为胚胎时，由肌动蛋白丝组成的数千个动态且短暂的液滴状凝聚物控制着第一皮质的产生。本研究中揭示的原理有助于了解亚细胞结构的形成是如何受到控制的。

卵细胞受精后，细胞皮层开始形成，大约需要十分钟才能完全形成。皮层由肌动蛋白丝和运动蛋白组成，它们组织成一个致密的交联网络。皮层的动力学源于运动蛋白拉动肌动蛋白丝，产生导致皮层张力的压力。

例如，这种皮层张力驱动细胞的形状、它们感知环境的能力以及它们在我们体内执行其功能的能力。过去对细胞皮层的动力学进行了深入研究，但细胞皮层在受精后立即被激活的机制尚不清楚。了解细胞皮层形成背后的原理至关重要，因为它涉及细胞的几乎所有功能，而不当的皮层组织会导致关键细胞和发育过程的损害。

蛋白质缩合物寿命短，可确保正常发育

为了研究细胞皮层是如何被激活的，MPI-CBG、MPI-PKS和PoL的一个跨学科研究小组在秀丽隐杆线虫中研究了这一过程。

“我们能够观察到肌动蛋白和肌动蛋白成核蛋白WSP-1和ARP2/3如何聚集在一起形成仅持续几秒钟的凝聚物，然后立即分解。这些凝聚物确保有适量的肌动蛋白丝并且它们以正确的方式连接在一起。对我来说，这些结构的美妙之处在于，这些结构由高度分支的肌动蛋白丝组成，就像雪花一样，在于它们的动力学告诉我们生命物质的非常规化学，“ArjunNarayanan解释说，该研究的主要作者之一，MPI-CBG主任StephanGrill小组的研究员。

另一位主要作者VictoriaTianingYan说，他们“开发了我们自己的成像和图像分析方法，称为质量平衡成像，以研究短寿命冷凝物的结构如何生长和演化。”在他们的研究中，研究人员发现内部化学反应控制着冷凝物的生长速度和收缩时间。因此，皮质凝聚物有力地组织了它们自己的生命周期，在很大程度上独立于它们的外部环境。

格里尔说，他们“得出的结论是，细胞皮层中的凝聚物代表了一种新型的生物分子凝聚物，由特定的化学反应驱动，可在几秒钟内组装和分解。我们建议这些短寿命的凝聚物控制细胞皮层的激活和微妙的精确度秀丽隐杆线虫卵母细胞受精后的生长结构。”

MPI-PKS主任兼另一位指导作者FrankJülicher说：“这项研究是德累斯顿物理学和生物学之间的又一个例子。我们与生物学家和理论物理学家的互动环境确保了新的跨学科方法来解开生物学的物理学过程。”

该研究发表在《自然》杂志上。

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