2021-07-27 09:07

细胞的推拉,是人体应对癌症等过程的关键

Cellular push and pull, a key to the body's respo<em></em>nse to processes such as cancer

从发出声音的声带,到心跳,我们身体的细胞不断受到机械力的影响,这些机械力稳定地改变它们对这些刺激的反应,调节健康个体和癌症等疾病的生命过程。然而,尽管它们很重要,我们在很大程度上仍然不知道细胞是如何感知和响应这些力量的。

现在,一个由加泰罗尼亚生物工程研究所(IBEC)研究员Pere Roca-Cusachs和呼吸系统疾病网络生物医学研究中心(CIBERES)和IDIBAPS研究员Isaac Almendros共同领导的国际团队,巴塞罗纳大学(UB)医学和健康科学学院的两位教授已经证明,决定细胞机械灵敏度的是力施加的速度,换句话说,力施加的速度。这篇论文发表在著名的《自然通讯》杂志上,并首次在活体上展示了“分子离合器”模型的预测。

这些研究结果为我们更好地理解癌症肿瘤是如何增殖的,以及心脏、声带或呼吸系统是如何对反复暴露的不断变化的力量做出反应的打开了一扇门。

一个公司移动电话“推和拉”

研究人员使用最先进的技术,如原子力显微镜(AFM)或所谓的“光镊”,观察到施加在细胞上的力会有两种反应。

一方面,细胞骨架,密集的纤维网络(主要是肌动蛋白),具有维持细胞形状和结构的功能,当细胞受到中等的力时,细胞骨架增强。在这方面,细胞能够感知和响应机械力,细胞骨架的加强导致细胞变硬,YAP蛋白在细胞核内定位。当这种情况发生时,YAP蛋白控制并激活与癌症发展相关的基因。

另一方面,如果施加的力的速率在某一数值以上反复施加,则会产生相反的效果;细胞不再感受到机械力。换句话说,不是细胞骨架和细胞变得更硬,而是细胞骨架发生了部分分解,导致细胞软化。

“像伸展和收缩的口香糖,我们受到细胞不同的力量控制和精确的方式,和我们已经看到的速度力量是应用是至关重要的在确定细胞反应”,解释了离子安德鲁(位),该研究的研究。

该模型已被体内实验证实

为了理解细胞骨架的强化和软化效应是如何关联的,研究人员开发了一个计算模型,考虑了对细胞骨架和“偶联”(涉及细胞与底物结合的蛋白质,如talin和integrin)的渐进式施加的力的影响。这些“联轴器”在某种程度上类似于汽车离合器的作用,加强引擎和车轮之间的机械连接,这就是为什么这种模型被称为“分子离合器”。

接下来,科学家们在实验室大鼠身上进行了实验,以证明在单个细胞中观察到的结果也会发生在体内整个器官中。为此,研究人员对肺进行了研究,肺在呼吸过程中会自然地进行周期性的机械拉伸。具体来说,在保持正常总通气率的情况下,两个肺以不同的速率通气,其中一个肺充盈和排空更快(过度通气),另一个肺充盈和排空更慢。

在分析和比较来自两个肺的细胞后,他们观察到YAP蛋白只在过度通气的肺细胞中增加其核定位。体内样本中YAP的增加是由“细胞拔河”引起的,类似于在增殖的癌症肿瘤中发现的。

“我们的研究结果表明,在器官水平上,用力率在肺部通气诱导的机械信号转导中的作用,”该研究的联合首席作者Bryan falcone (ibecu - ub)说。

这篇论文提出了一种机制,通过这种机制,细胞不仅能对直接的力做出反应,还能对其他被动的机械刺激做出反应,比如它们所在的基底的刚度。这些结果让我们深入了解了先天相反的现象,如细胞骨架的增强和软化,是如何与控制细胞机制并针对不同情况做出特定反应的。