細(xì)胞通過分子離合器感知重復(fù)的機(jī)械力

2021年7 月 22 日——一種被稱為“分子離合器”的現(xiàn)象使體內(nèi)的細(xì)胞能夠檢測到它們所經(jīng)歷的恒定機(jī)械力，但人們對這種現(xiàn)象的機(jī)制知之甚少?，F(xiàn)在，在 7 月 14 日發(fā)表在Nature Communications 上的一項(xiàng)研究中，研究人員表明，力的頻率可以顯著改變對細(xì)胞的影響。

隨著你的每一次呼吸和你的每一個動作，你的細(xì)胞都會被外力推拉。細(xì)胞通過稱為細(xì)胞骨架的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)感知這些力，該網(wǎng)絡(luò)維持細(xì)胞形狀。這種推動和拉動會促使在許多過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的細(xì)胞發(fā)生變化。

這種機(jī)械敏感性甚至與癌癥等疾病有關(guān)。yes 相關(guān)蛋白 1 (YAP) 可調(diào)節(jié)基因活性，通常在癌細(xì)胞中過度產(chǎn)生，當(dāng)細(xì)胞受到外力作用時，它在細(xì)胞核中的含量較高。當(dāng)細(xì)胞外基質(zhì)(圍繞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)支撐網(wǎng)絡(luò))變得更加堅(jiān)硬和僵硬時，就會發(fā)生這種情況，這在腫瘤中很常見。

關(guān)于細(xì)胞如何檢測這些力的一種假設(shè)被稱為“分子離合器”模型。這個范例描述了細(xì)胞骨架中的蛋白質(zhì)如何以離合器控制從發(fā)動機(jī)耦合到汽車車輪的驅(qū)動方式耦合到細(xì)胞外基質(zhì)。分子離合器模型預(yù)測施加力的頻率會影響響應(yīng)。然而，這在以前沒有被實(shí)驗(yàn)證明。

拉伸和收縮

為了測試分子離合器模型，一個國際研究小組使用不同的力對小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(結(jié)締組織細(xì)胞)進(jìn)行了壓力測試。他們通過拉伸細(xì)胞以及使用原子力顯微鏡(微觀尖端沿著細(xì)胞表面追蹤)和光學(xué)鑷子(高度聚焦的激光束施加壓力)來做到這一點(diǎn)。

隨著他們以越來越高的頻率施加力，研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的反應(yīng)增加。這包括細(xì)胞核中更高水平的 YAP 和細(xì)胞骨架的強(qiáng)化，導(dǎo)致細(xì)胞變得更硬。

“就像拉伸和收縮口香糖一樣，我們以可控且精確的方式使細(xì)胞承受不同的力，而且我們已經(jīng)看到施加力的速率對于確定細(xì)胞反應(yīng)至關(guān)重要，”共同研究人員說。西班牙巴塞羅那理工學(xué)院加泰羅尼亞生物工程研究所的主要作者 Ion Andreu 博士在一份聲明中說。

然而，超過一定速度后，細(xì)胞開始軟化，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)蛋白的細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)被破壞。在使用人肺細(xì)胞的后續(xù)實(shí)驗(yàn)中也觀察到了這種效果。研究人員開發(fā)了一個計(jì)算模型來表明這與分子離合器的概念一致，細(xì)胞骨架軟化為分離離合器提供了額外的機(jī)制。

呼吸急促

為了在活組織中證實(shí)這些結(jié)果，研究人員模擬了大鼠的過度換氣。以兩倍的呼吸頻率，從肺部采集的樣本在細(xì)胞核中具有更高水平的 YAP。

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