細胞通過分子離合器感知重復的機械力

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

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

這種機械敏感性甚至與癌癥等疾病有關。yes 相關蛋白 1 (YAP) 可調節(jié)基因活性，通常在癌細胞中過度產生，當細胞受到外力作用時，它在細胞核中的含量較高。當細胞外基質(圍繞細胞的結構支撐網絡)變得更加堅硬和僵硬時，就會發(fā)生這種情況，這在腫瘤中很常見。

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

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胞(結締組織細胞)進行了壓力測試。他們通過拉伸細胞以及使用原子力顯微鏡(微觀尖端沿著細胞表面追蹤)和光學鑷子(高度聚焦的激光束施加壓力)來做到這一點。

隨著他們以越來越高的頻率施加力，研究人員發(fā)現細胞的反應增加。這包括細胞核中更高水平的 YAP 和細胞骨架的強化，導致細胞變得更硬。

“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胞承受不同的力，而且我們已經看到施加力的速率對于確定細胞反應至關重要，”共同研究人員說。西班牙巴塞羅那理工學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，細胞開始軟化，因為結構蛋白的細胞骨架網絡被破壞。在使用人肺細胞的后續(xù)實驗中也觀察到了這種效果。研究人員開發(fā)了一個計算模型來表明這與分子離合器的概念一致，細胞骨架軟化為分離離合器提供了額外的機制。

呼吸急促

為了在活組織中證實這些結果，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胞核中具有更高水平的 YAP。

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