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微管組裝新的研究可能會更好地了解細胞中的自組織

2019-01-31 15:08:21 ? 來源：

骨骼是什么骨骼，細胞骨架是細胞。細胞骨架維持細胞結(jié)構(gòu)，構(gòu)建鞭毛等附屬物，并與運動蛋白一起為細胞運動，運輸和分裂提供動力。微管是細胞骨架的關(guān)鍵組成部分，對于細胞分裂至關(guān)重要，因此，它是化療藥物的優(yōu)秀靶標。

微管可以自發(fā)地自組織，從許多單個組件轉(zhuǎn)變成一個能夠執(zhí)行特定任務(wù)的大型細胞結(jié)構(gòu)。想想變形金剛。然而，他們?nèi)绾巫龅竭@一點仍然不清楚。

現(xiàn)在，哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的研究人員觀察了微管和運動蛋白如何組裝成宏觀網(wǎng)絡(luò)。他們的觀察結(jié)果提供了對細胞骨架自組織的更好理解，這可能反過來導(dǎo)致更好的藥物設(shè)計和可以模仿細胞行為的新材料。

該研究最近發(fā)表在eLife雜志上。

紡錘體是細胞結(jié)構(gòu)，其在細胞分裂中起重要作用，分離染色體并將復(fù)制的DNA從母細胞牽拉到子細胞中。它們由微管和許多其他蛋白質(zhì)組成，包括運動蛋白動力蛋白。“我們真正想要的是一個統(tǒng)一的主軸裝配理論，”SEAS的研究生兼論文的第一作者彼得福斯特說。“我們知道運動蛋白如何與微管相互作用，但你如何從單個微管和運動蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮途W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?”

為了深入了解紡錘是如何組裝的，福斯特和他的團隊在應(yīng)用物理學(xué)和分子與細胞生物學(xué)副教授Dan Needleman的領(lǐng)導(dǎo)下，建立了一個簡單的實驗。他們從青蛙卵中提取細胞質(zhì)，其中含有動力蛋白和制造紡錘所需的所有成分，添加熒光蛋白和化學(xué)藥物紫杉醇以產(chǎn)生和穩(wěn)定微管，并將混合物裝入“世界上最簡單的微流體室”。“很快，我們看到這些微管組織成自發(fā)收縮的網(wǎng)絡(luò)，”福斯特說。“問題是為什么?”

答案不在于微管，而在于運動蛋白的行為。微管有正負兩端，研究人員觀察到動力蛋白從正端移動到負端。結(jié)果，運動蛋白將微管的負端拉到一起，產(chǎn)生稱為紫苑的星狀團簇。動力系統(tǒng)將這些小型集群驅(qū)動在一起，融合它們以創(chuàng)建更大，更大的網(wǎng)絡(luò)。隨著運動蛋白繼續(xù)將微管堵塞在一起，網(wǎng)絡(luò)收縮，直到它不能變小。

基于這個實驗，研究人員開發(fā)了一個量化和描述這種行為的模型，不僅可以深入了解主軸裝配，還可以深入了解自組織。該模型可以提供有關(guān)如何設(shè)計可以自組裝或自動收縮的材料的見解，例如自捏海綿。“使用這個模型，我們可以從微觀層面向大規(guī)模現(xiàn)象提出問題，”福斯特說。“不僅在生物學(xué)方面，而且在物質(zhì)世界中都有許多分支。”

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