在發(fā)育過程中，胚胎細(xì)胞分裂，直到出現(xiàn)功能齊全的有機(jī)體。在此過程中，細(xì)胞的一個組成部分尤為重要：細(xì)胞皮層。這種位于細(xì)胞膜下方的細(xì)絲狀細(xì)絲結(jié)構(gòu)(稱為肌動蛋白)網(wǎng)絡(luò)是細(xì)胞形狀的主要決定因素，幾乎涉及細(xì)胞所做的一切，例如移動、分裂或感知其環(huán)境。
然而，皮層必須首先由單個分子構(gòu)建，如果它沒有正確構(gòu)建，有機(jī)體的細(xì)胞將永遠(yuǎn)無法到達(dá)正確的位置來執(zhí)行它們的功能。來自德累斯頓馬克斯普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所(MPI-CBG)、馬普復(fù)雜系統(tǒng)物理研究所(MPI-PKS)和卓越生命物理學(xué)??集群(PoL)的國際研究團(tuán)隊)在德累斯頓工業(yè)大學(xué)研究了秀麗隱桿線蟲中這種動態(tài)細(xì)胞皮層的形成。
他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)未受精的卵細(xì)胞在受精后轉(zhuǎn)變?yōu)榕咛r，由肌動蛋白絲組成的數(shù)千個動態(tài)且短暫的液滴狀凝聚物控制著第一皮質(zhì)的產(chǎn)生。本研究中揭示的原理有助于了解亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的形成是如何受到控制的。
卵細(xì)胞受精后，細(xì)胞皮層開始形成，大約需要十分鐘才能完全形成。皮層由肌動蛋白絲和運動蛋白組成，它們組織成一個致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。皮層的動力學(xué)源于運動蛋白拉動肌動蛋白絲，產(chǎn)生導(dǎo)致皮層張力的壓力。
例如，這種皮層張力驅(qū)動細(xì)胞的形狀、它們感知環(huán)境的能力以及它們在我們體內(nèi)執(zhí)行其功能的能力。過去對細(xì)胞皮層的動力學(xué)進(jìn)行了深入研究，但細(xì)胞皮層在受精后立即被激活的機(jī)制尚不清楚。了解細(xì)胞皮層形成背后的原理至關(guān)重要，因為它涉及細(xì)胞的幾乎所有功能，而不當(dāng)?shù)钠咏M織會導(dǎo)致關(guān)鍵細(xì)胞和發(fā)育過程的損害。
蛋白質(zhì)縮合物壽命短，可確保正常發(fā)育
為了研究細(xì)胞皮層是如何被激活的，MPI-CBG、MPI-PKS和PoL的一個跨學(xué)科研究小組在秀麗隱桿線蟲中研究了這一過程。
“我們能夠觀察到肌動蛋白和肌動蛋白成核蛋白WSP-1和ARP2/3如何聚集在一起形成僅持續(xù)幾秒鐘的凝聚物，然后立即分解。這些凝聚物確保有適量的肌動蛋白絲并且它們以正確的方式連接在一起。對我來說，這些結(jié)構(gòu)的美妙之處在于，這些結(jié)構(gòu)由高度分支的肌動蛋白絲組成，就像雪花一樣，在于它們的動力學(xué)告訴我們生命物質(zhì)的非常規(guī)化學(xué)，“ArjunNarayanan解釋說，該研究的主要作者之一，MPI-CBG主任StephanGrill小組的研究員。
另一位主要作者VictoriaTianingYan說，他們“開發(fā)了我們自己的成像和圖像分析方法，稱為質(zhì)量平衡成像，以研究短壽命冷凝物的結(jié)構(gòu)如何生長和演化。”在他們的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)控制著冷凝物的生長速度和收縮時間。因此，皮質(zhì)凝聚物有力地組織了它們自己的生命周期，在很大程度上獨立于它們的外部環(huán)境。
格里爾說，他們“得出的結(jié)論是，細(xì)胞皮層中的凝聚物代表了一種新型的生物分子凝聚物，由特定的化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動，可在幾秒鐘內(nèi)組裝和分解。我們建議這些短壽命的凝聚物控制細(xì)胞皮層的激活和微妙的精確度秀麗隱桿線蟲卵母細(xì)胞受精后的生長結(jié)構(gòu)。”
MPI-PKS主任兼另一位指導(dǎo)作者FrankJülicher說：“這項研究是德累斯頓物理學(xué)和生物學(xué)之間的又一個例子。我們與生物學(xué)家和理論物理學(xué)家的互動環(huán)境確保了新的跨學(xué)科方法來解開生物學(xué)的物理學(xué)過程。”
該研究發(fā)表在《自然》雜志上。
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