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非肌肉细胞如何找到移动的力量

2019-01-02 08:56:04 • 来源：

来自新加坡国立大学新加坡力学生物学研究所(MBI)的研究人员首次描述了肌球蛋白-II细丝在非肌肉细胞的肌动蛋白电缆中的有序排列。这项工作于2017年1月发表在Nature Cell Biology上。在非肌肉细胞中定义的肌球蛋白-II细丝的有序排列我们肌肉细胞的抽搐收缩是众所周知的。当胚胎心脏开始跳动时，它们可在受孕后几周检测到。肌细胞收缩性是由细胞骨架的基于蛋白质的电缆和称为肌球蛋白的小分子运动蛋白之间的相互作用产生的。

非肌肉细胞如何找到移动的力量

人体内有200多种细胞，并不是都需要反复收缩。尽管它们具有不同的功能，但几乎所有细胞都含有与肌肉细胞相同的基本蛋白质成分。重要的是，大多数细胞也表现出一定程度的缓慢收缩性。成纤维细胞就是这样一个例子。在结缔组织中发现，这些细胞产生围绕所有细胞的材料，并最终定义组织形状。重要的是，还已知成纤维细胞可以重塑这种材料，为此，它们需要强度来抵抗其环境。

为了研究非肌肉细胞中细胞骨架及其相关运动蛋白的组织，MBI的研究人员使用一种称为结构照明显微镜(SIM)的超分辨率显微镜分析成纤维细胞。

由Alexander Bershadsky教授和助理教授Ronen Zaidel-Bar领导的研究人员将他们的研究重点放在细胞骨架的组装上。除了为细胞提供结构支持外，细胞骨架还可以缓冲来自外部微环境的应力，并使细胞收缩并通过组织移动。由于蛋白质电缆的连续组装和拆卸，以及由于马达蛋白质拉动这些电缆时产生的力，这些过程是可能的。

当在活体成纤维细胞中观察到细胞骨架时，MBI的博士后研究人员胡琼琼博士及其同事在大型蛋白质电缆状结构(称为应力纤维)内发现了独特的，有组织的运动蛋白丝状图案。这些电缆动态地形成并且经常桥接细胞与微环境相互作用的位置。

像绳索一样，这些电缆由许多单独的细丝组成，通过各种交联蛋白质结合在一起。通过观察细胞骨架的形态，研究人员观察了肌球蛋白-II细丝如何排列成垂直于大平行应力纤维的堆叠。这些堆叠与“交联”蛋白α-辅肌动蛋白的区域交替，其将单个细丝系在一起以产生蛋白质电缆。

肌球蛋白-II细丝如何在成束的应力纤维内堆叠在一起，仍有待完全确定，但本研究中可能得出答案的一个观察结果是肌球蛋白-II细丝相互长距离运动。正如研究人员所提出的，这种吸引力可能是由肌球蛋白丝堆叠产生的收缩或弹性力引起的，肌球蛋白丝丝堆叠可以通过周围的细胞溶质传递到另外被隔离的单个细丝。

肌球蛋白-II细丝在非肌肉细胞如成纤维细胞中的堆叠是细胞骨架的自组织和细胞整体结构中的有趣元素。成纤维细胞功能要求细胞能够伸展，产生细胞骨架突起并移动到结缔组织的其他区域。将肌球蛋白-II组装和组织成堆叠允许成纤维细胞实现这些细胞过程。

即使在非肌肉细胞中，细胞骨架的结构也专门用于力的产生和传感。非肌肉细胞中细胞骨架的组织与肌肉细胞中的组织非常相似。在这两种情况下，收缩力和弹性力在建立功能性细胞骨架中是不可或缺的，并且一旦形成，重复的基于蛋白质的收缩蛋白的模式变得明显。然而，与肌肉细胞不同，这些结构在非肌肉细胞中不断地组装和分解，允许它们根据它们所处的环境调整其功能，形状和运动方向。

正如在这项研究中观察到的那样，即使是非肌肉细胞也需要强度来抵御周围环境，并且经常在粘性环境中作战。这种力量来自高度精细的细丝和运动蛋白系统。尽管不像肌肉细胞中那样强壮，但它们在非肌肉细胞中的组织使它们能够保持对环境变化的响应，同时提供恰当的力量来执行它们的功能。

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