研究人員發(fā)現(xiàn)細胞皮層被成千上萬的短壽命蛋白質凝聚物激活

在發(fā)育過程中，胚胎細胞分裂，直到出現(xiàn)功能齊全的有機體。在此過程中，細胞的一個組成部分尤為重要：細胞皮層。這種位于細胞膜下方的細絲狀細絲結構(稱為肌動蛋白)網(wǎng)絡是細胞形狀的主要決定因素，幾乎涉及細胞所做的一切，例如移動、分裂或感知其環(huán)境。

然而，皮層必須首先由單個分子構建，如果它沒有正確構建，有機體的細胞將永遠無法到達正確的位置來執(zhí)行它們的功能。來自德累斯頓馬克斯普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所(MPI-CBG)、馬普復雜系統(tǒng)物理研究所(MPI-PKS)和卓越生命物理學??集群(PoL)的國際研究團隊)在德累斯頓工業(yè)大學研究了秀麗隱桿線蟲中這種動態(tài)細胞皮層的形成。

他們發(fā)現(xiàn)，當未受精的卵細胞在受精后轉變?yōu)榕咛r，由肌動蛋白絲組成的數(shù)千個動態(tài)且短暫的液滴狀凝聚物控制著第一皮質的產(chǎn)生。本研究中揭示的原理有助于了解亞細胞結構的形成是如何受到控制的。

卵細胞受精后，細胞皮層開始形成，大約需要十分鐘才能完全形成。皮層由肌動蛋白絲和運動蛋白組成，它們組織成一個致密的交聯(lián)網(wǎng)絡。皮層的動力學源于運動蛋白拉動肌動蛋白絲，產(chǎn)生導致皮層張力的壓力。

例如，這種皮層張力驅動細胞的形狀、它們感知環(huán)境的能力以及它們在我們體內(nèi)執(zhí)行其功能的能力。過去對細胞皮層的動力學進行了深入研究，但細胞皮層在受精后立即被激活的機制尚不清楚。了解細胞皮層形成背后的原理至關重要，因為它涉及細胞的幾乎所有功能，而不當?shù)钠咏M織會導致關鍵細胞和發(fā)育過程的損害。

蛋白質縮合物壽命短，可確保正常發(fā)育

為了研究細胞皮層是如何被激活的，MPI-CBG、MPI-PKS和PoL的一個跨學科研究小組在秀麗隱桿線蟲中研究了這一過程。

“我們能夠觀察到肌動蛋白和肌動蛋白成核蛋白WSP-1和ARP2/3如何聚集在一起形成僅持續(xù)幾秒鐘的凝聚物，然后立即分解。這些凝聚物確保有適量的肌動蛋白絲并且它們以正確的方式連接在一起。對我來說，這些結構的美妙之處在于，這些結構由高度分支的肌動蛋白絲組成，就像雪花一樣，在于它們的動力學告訴我們生命物質的非常規(guī)化學，“ArjunNarayanan解釋說，該研究的主要作者之一，MPI-CBG主任StephanGrill小組的研究員。

另一位主要作者VictoriaTianingYan說，他們“開發(fā)了我們自己的成像和圖像分析方法，稱為質量平衡成像，以研究短壽命冷凝物的結構如何生長和演化。”在他們的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)內(nèi)部化學反應控制著冷凝物的生長速度和收縮時間。因此，皮質凝聚物有力地組織了它們自己的生命周期，在很大程度上獨立于它們的外部環(huán)境。

格里爾說，他們“得出的結論是，細胞皮層中的凝聚物代表了一種新型的生物分子凝聚物，由特定的化學反應驅動，可在幾秒鐘內(nèi)組裝和分解。我們建議這些短壽命的凝聚物控制細胞皮層的激活和微妙的精確度秀麗隱桿線蟲卵母細胞受精后的生長結構。”

MPI-PKS主任兼另一位指導作者FrankJülicher說：“這項研究是德累斯頓物理學和生物學之間的又一個例子。我們與生物學家和理論物理學家的互動環(huán)境確保了新的跨學科方法來解開生物學的物理學過程。”

該研究發(fā)表在《自然》雜志上。

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