自然:新研究揭示细胞皮层激活的新机制

来源：100医疗网原创2022-09-22 17336016

在一项新的研究中，我们的研究人员研究了秀丽隐杆线虫中动态变化的细胞皮层的形成。相关研究成果近日发表在《自然》杂志上。

在发育过程中，胚胎中的细胞不断分裂，直到出现一个功能齐全的有机体。在这个过程中，细胞的一个组成部分——细胞皮层——尤为重要。细胞皮层又称肌球蛋白皮层，是细胞膜下由微丝和微丝结合蛋白组成的网状结构，为细胞膜提供强度和韧性，维持细胞形态。这种精细的网状结构就在细胞膜的下方，细胞膜是决定细胞形状的主要因素，参与细胞几乎所有的活动，如迁移、分裂或对环境的感知。

然而，细胞皮层必须首先由单个分子构成。如果构建不正确，生物体内的细胞就永远无法到达正确的位置来发挥功能。在一项新的研究中，来自马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所(MPI-CBG)、马克斯普朗克复杂系统物理研究所(MPI-PKS)和德累斯顿理工大学的研究人员研究了秀丽隐杆线虫这种动态变化的细胞皮层的形成。相关研究成果近日发表在《自然》杂志上，论文标题是一个浓缩的动态无力编排肌动球蛋白皮层激活。

他们发现，当未受精卵受精并转移到胚胎时，成千上万个由肌动蛋白丝组成的动态和短暂的液滴状凝块控制着细胞皮层的产生。这项研究中发现的原理有助于理解亚细胞结构的形成是如何被控制的。

卵子受精后，细胞皮层立即开始形成，大约需要10分钟才能完全形成。细胞皮层由肌动蛋白丝和马达蛋白组成，组装后形成密集的交联网络。细胞皮层的动态变化来自运动蛋白对肌动蛋白丝的拉力，导致皮层受力。

这种皮质张力驱动着细胞的形状，它们感知环境的能力以及它们在我们体内执行功能的能力。过去对细胞皮层的动态变化进行了深入研究，但受精后细胞皮层首次激活的机制尚不清楚。了解细胞皮层形成背后的原理至关重要，因为它几乎参与了细胞的每一项功能，不当的皮层结构会导致关键细胞和发育过程的破坏。

蛋白凝块的寿命很短，保证了正常发育。

为了研究细胞皮层是如何被激活的，这些作者研究了秀丽隐杆线虫的这一过程。论文的共同作者、斯蒂芬格里尔团队的研究人员、MPI-CBG的主任Arjun Narayan解释说，我们可以观察到肌动蛋白和肌动蛋白成核蛋白WSP-1和ARP2/3如何聚集成凝块，这种凝块只持续几秒钟，然后被分解。这些聚集体确保有适量的肌动蛋白丝，并且它们以正确的方式连接在一起。对我来说，这些由高度分支的肌动蛋白细丝组成的结构，就像雪花一样，是美丽的，因为它们的动态变化告诉我们生命物质的非常规化学性质。

在从卵母细胞到胚胎的转变过程中，细胞皮层的形成是由动态的F-肌动蛋白/WSP-1皮层凝块进行的。图片来自Nature，2022，doi :10.1038/s 41586-022-05084-3。

论文的共同第一作者Victoria Tianjing Yan表示，他们开发了我们自己的成像和图像分析方法，称为质量平衡成像，以研究短命凝块的结构如何生长和演化。在他们的研究中，他们发现内部化学反应控制着凝块的生长速度以及何时收缩和消失。所以皮质凝块有效地组织了自己的生命周期，基本不受外界环境的影响。

Grill说，他们得出的结论是，细胞皮层中的凝块代表了一种新的生物分子凝块，它由特定的化学反应驱动，在几秒钟内组装和分解。我们认为，这些短期凝血剂控制着细胞皮层的激活和受精后秀丽隐杆线虫卵母细胞生长结构的准确性。

该论文的合著者、MPI-PKS主任弗兰克J利歇尔(Frank J licher)表示，这项新研究是物理学和生物学交叉的又一个例子。我们与生物学家和理论物理学家的互动环境确保了一种新的跨学科方法来揭示生物过程的物理特征。(100yiyao.com)

参考资料：

1.维多利亚天津颜等。自然，2022，doi :10.1038/s 41586-022-05084-3。

2.研究人员发现，细胞皮层被数以千计的短命蛋白质浓缩物激活

https://phys . org/news/2022-09-cell-cortex-千家-短命-protein.html

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