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《基质各向异性与肌动蛋白收缩性之间的相互作用调控三维定向细胞迁移》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-07-26

  • 定向细胞迁移对于许多生物过程是必不可少的，如胚胎发育或癌症进展。细胞收缩性和粘附在细胞外基质中是已知的调节细胞运动机制。然而，在三维(3D)定向细胞迁移的生物物理机制的分子水平上，外部和内在因素之间的交叉讨论仍不清楚。在此研究中，利用细胞外微环境的体外模型，研究了细胞外基质的拓扑各向异性如何与肌动蛋白收缩协同调节定向细胞迁移的形态动力学。本研究表明，在极化的三维矩阵上播撒的细胞显示了不对称的突出形态动力学和类似于病毒的表型。结果发现，基质各向异性显著增强细胞的方向性，但明显地增强了细胞的入侵距离。在抑制铑的细胞中，基质各向异性抵消了缺乏actomyosindriven的作用，以稳定细胞方向性，这就暗示了细胞诱导的肌球-离子独立机制。最后，本研究表明，在各向同性三维环境中，细胞方向性与肌动蛋白收缩性无关。总之，本研究为定向细胞运动的生物力学调控提供了新的定量数据，并展示了基质各向异性和肌动蛋白在三维微环境中引导细胞迁移的重要调控作用

    ——文章出版于2017年7月24日

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    • 编译者：郭文姣
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    • 当你的骨骼帮助你的身体移动时，你细胞中的细骨样的细丝同样帮助细胞结构移动。现在，索尔克研究人员已经开发了一种新的成像方法，可以让他们监控这些丝的一个小子集，称为肌动蛋白。 “肌动蛋白是细胞中最丰富的蛋白质，所以当你对它进行成像时，它就遍布整个细胞，”索尔克生物光子核心机构的负责人、论文的通讯作者Uri Manor说。“到目前为止，很难分辨单个肌动蛋白分子的位置，因为很难从所有背景中分离出相关的信号。” 有了新的成像技术，索尔克的研究小组已经能够了解肌动蛋白是如何介导一项重要功能的:即帮助线粒体分裂为两部分的细胞“发电站”。这项研究发表在2020年8月10日的《自然方法》(Nature Methods)杂志上，可以让人们更好地理解线粒体功能障碍。线粒体功能障碍与癌症、衰老和神经退行性疾病有关。 线粒体裂变是这些产生能量的结构或细胞器分裂和繁殖的过程，作为正常细胞维护的一部分;细胞器不仅在细胞自身分裂时分裂，而且在细胞处于高强度压力或线粒体受损时也分裂。然而，一个线粒体压缩成两个线粒体的确切方式却鲜为人知，尤其是最初的压缩是如何发生的。研究发现，将肌动蛋白从细胞中完全去除，会减少线粒体分裂，这表明肌动蛋白在这一过程中发挥了作用。但是，破坏所有的肌动蛋白会导致许多细胞缺陷，因此很难研究这种蛋白质在任何一个过程中的确切作用，研究人员说。 因此，马诺和他的同事开发了一种新的方法来成像肌动蛋白。他们没有用荧光标记细胞内的所有肌动蛋白，而是创建了一个针对线粒体外膜的肌动蛋白探针。只有当肌动蛋白与线粒体相距10纳米时，它才会附着在传感器上，导致荧光信号增加。 如果肌动蛋白和细胞器之间没有离散的相互作用，肌动蛋白可能会随意地分布在所有线粒体膜周围，但曼纳的研究小组发现了肌动蛋白的明亮热点。当他们仔细观察时，热点位于另一个叫做内质网的细胞器穿过线粒体的相同位置，之前被发现是裂变位点。事实上，当团队观察肌动蛋白热点随着时间的推移而发光和消失时，他们发现97%的线粒体裂变位点周围都有肌动蛋白荧光。(他们推测在另外3%的裂变部位也有肌动蛋白，但不可见)。 “这是我所见过的肌动蛋白在裂变部位聚集的最清晰的证据，”卡拉·斯基亚文说，他是该论文的共同第一作者，同时也是Uri Manor实验室和Salk教授Gerald Shadel实验室的联合博士后研究员。“这比你使用其他肌动蛋白标记物更容易看到。” 通过改变肌动蛋白探针，使其附着在内质网膜而不是线粒体上，研究人员能够拼凑出不同成分加入线粒体裂变过程的顺序。研究小组的结果表明，肌动蛋白在到达内质网之前就已经附着在线粒体上了。这对内质网和线粒体如何协同工作以协调线粒体分裂提供了重要的见解。 在bioRxiv上的一份预印本中描述的其他实验中，Manor的团队还报告说，在其他细胞器(包括核内体、溶酶体和过氧化物酶体)分裂的位点也可以看到内质网相关肌动蛋白的积累。这表明肌动蛋白的一个子集在细胞器动力学和稳态(生理平衡)中具有广泛的新作用。 在未来，该团队希望研究已知的改变线粒体动力学的基因突变如何也可能影响肌动蛋白与线粒体的相互作用。他们还计划调整肌动蛋白探针，使肌动蛋白接近其他细胞膜。 “这是一种通用工具，现在可以用于许多不同的应用，”索尔克光学显微镜专家、该论文的第一作者之一张彤(音)说。“通过切换靶向序列或纳米体，你可以解决细胞生物学中的其他基本问题。” “我们正处于显微镜的黄金时代，分辨率更高的新仪器不断被发明;但尽管如此，你所能看到的东西仍然有很大的限制，”马诺说。“我认为，将这些功能强大的显微镜与新方法结合起来，选择你想看到的东西，就是下一代成像技术。”
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  • 《Science | 甲形蛋白作用于肌动蛋白丝伸长的分子机制》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2024-04-18
    • 2024年4月12日，德国马克斯-普朗克研究所的研究人员在Science上发表了题为Molecular mechanism of actin filament elongation by formins的文章。 肌动蛋白丝的动态更替驱动着所有真核细胞的形态发生和运动。肌动蛋白丝的末端是控制肌动蛋白丝动态的关键，因为它们是添加或丢失肌动蛋白亚基的唯一部位。Formins 是高度保守的肌动蛋白末端结合蛋白。通过招募肌动蛋白单体并与快速增长的丝状物末端一起移动，甲形蛋白在许多生物过程中充当了控制肌动蛋白动态的聚合酶。人类基因组编码了 15 种不同的甲形蛋白，它们以不同的速度驱动细丝生长。这种多样性有助于在细胞中形成不同的肌动蛋白网络，每种网络都有自己的行为。福尔马林突变会导致各种神经、免疫和心血管疾病，这凸显了它们在生理和疾病中的重要性。尽管几十年来人们一直在关注甲形蛋白，但对其分子机制的了解却十分有限。 早期的结构研究显示，甲形蛋白采用二聚体环状构象，这引发了关于它们如何作为肌动蛋白聚合酶工作的猜测和相互矛盾的模型。然而，由于缺乏与相关活动位点结合的甲形蛋白结构，作者对这些蛋白如何精确锁定肌动蛋白丝、与肌动蛋白丝一起运动以及控制肌动蛋白丝生长速度的理解受到了阻碍。在这项研究中，作者展示了三种与肌动蛋白丝末端结合的不同甲形蛋白的高分辨率冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，这能够解析它们的作用模式。
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