PNAS：活细胞中的多能“细丝”

时间：2021-07-05 00:00:00 来源：网络整理

构成我们身体的细胞不断受到各种机械应力的影响。例如，心脏和肺必须终生承受扩张和收缩，我们的皮肤必须在保持弹性的同时尽可能抵抗撕裂，免疫细胞非常压扁，这样它们才能在体内移动。特殊的蛋白质结构，称为“中间丝”，在这些特性中起着重要的作用。Gttingen大学的研究人员现在第一次成功地精确测量了哪些物理效应决定了单个纤维的特性，哪些特定特性只发生在网络中许多纤维的相互作用中。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

细胞用来确保其稳定性、弹性和抵抗机械应力的最重要的系统之一是细胞骨架:一个由蛋白质和细丝组成的复杂网络，主要由三种线状蛋白质结构组成，每一种都有不同的功能和特性。中间丝属于这一组蛋白质结构。这些细丝形成的网络可以承受巨大的力而不被损坏:它们是细胞的减震器。与此同时，这些中间的细丝可以作为一个内部的纽带，在强力变形的情况下，这可以防止细胞被撕裂。

为了研究这些特性，Gttingen团队在实验室中创建了中间纤维的人工网络，并利用嵌入小球体的运动来研究整个网络的行为。事实上，网络中存在重叠效应:单个纤维的拉伸行为;以及纤维在交点上相互作用的力和频率。因此，研究人员分别研究了这些方面，首先拉伸单个细丝，以确定拉伸所需的力。然后，他们将其中的两根细丝以交叉的方式相互接触，并通过移动其中一根细丝在交点上牵拉。通过像排列“微型小提琴”一样排列这些细丝，他们能够确定细丝结合在一起的确切强度和频率。他们也能够通过计算机模拟复制这些结果。此外，研究小组还观察到，由于纤维变得越来越长或结合在一起形成束，这些网络在一段出乎意料的长时间内发生转变，并在一周的时间内慢慢“老化”。

“所有这些观察增加了我们对细胞如何做到如此强大而又灵活的理解，”来自G?ttingen大学x射线物理研究所的第一作者Anna Schepers解释说。“此外，对中间纤维的更清晰的了解有助于我们理解细胞的力学特性如何以及为什么发生变化，例如，在伤口愈合或癌细胞转移过程中，”研究负责人Sarah教授补充道K?ster。

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Original publication: Anna V. Schepers, Charlotta Lorenz, peter Nietmann, Andreas Janshoff, Stefan Klumpp, Sarah Köster. Multiscale mechanics and temporal evolution of vimentin intermediate filament networks. proc. Natl. Acad. Sci (pNAS). 2021. Doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2102026118

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