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细胞通过分子离合器感知重复的机械力

导读 2021年7 月 22 日——一种被称为分子离合器的现象使体内的细胞能够检测到它们所经历的恒定机械力,但人们对这种现象的机制知之甚少。现

2021年7 月 22 日——一种被称为“分子离合器”的现象使体内的细胞能够检测到它们所经历的恒定机械力,但人们对这种现象的机制知之甚少。现在,在 7 月 14 日发表在Nature Communications 上的一项研究中,研究人员表明,力的频率可以显着改变对细胞的影响。

随着你的每一次呼吸和你的每一个动作,你的细胞都会被外力推拉。细胞通过称为细胞骨架的蛋白质网络感知这些力,该网络维持细胞形状。这种推动和拉动会促使在许多过程中发挥关键作用的细胞发生变化。

这种机械敏感性甚至与癌症等疾病有关。yes 相关蛋白 1 (YAP) 可调节基因活性,通常在癌细胞中过度产生,当细胞受到外力作用时,它在细胞核中的含量较高。当细胞外基质(围绕细胞的结构支撑网络)变得更加坚硬和僵硬时,就会发生这种情况,这在肿瘤中很常见。

关于细胞如何检测这些力的一种假设被称为“分子离合器”模型。这个范例描述了细胞骨架中的蛋白质如何以离合器控制从发动机耦合到汽车车轮的驱动方式耦合到细胞外基质。分子离合器模型预测施加力的频率会影响响应。然而,这在以前没有被实验证明。

拉伸和收缩

为了测试分子离合器模型,一个国际研究小组使用不同的力对小鼠胚胎成纤维细胞(结缔组织细胞)进行了压力测试。他们通过拉伸细胞以及使用原子力显微镜(微观尖端沿着细胞表面追踪)和光学镊子(高度聚焦的激光束施加压力)来做到这一点。

随着他们以越来越高的频率施加力,研究人员发现细胞的反应增加。这包括细胞核中更高水平的 YAP 和细胞骨架的强化,导致细胞变得更硬。

“就像拉伸和收缩口香糖一样,我们以可控且精确的方式使细胞承受不同的力,而且我们已经看到施加力的速率对于确定细胞反应至关重要,”共同研究人员说。西班牙巴塞罗那理工学院加泰罗尼亚生物工程研究所的主要作者 Ion Andreu 博士在一份声明中说。

然而,超过一定速度后,细胞开始软化,因为结构蛋白的细胞骨架网络被破坏。在使用人肺细胞的后续实验中也观察到了这种效果。研究人员开发了一个计算模型来表明这与分子离合器的概念一致,细胞骨架软化为分离离合器提供了额外的机制。

呼吸急促

为了在活组织中证实这些结果,研究人员模拟了大鼠的过度换气。以两倍的呼吸频率,从肺部采集的样本在细胞核中具有更高水平的 YAP。

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