就像植絨鳥類和淺灘魚類的現(xiàn)象一樣，細(xì)胞表面的分子舞蹈長(zhǎng)期以來(lái)一直令理論家，物理學(xué)家和生物學(xué)家著迷。然而，與鳥類和魚類行為不同，細(xì)胞表面動(dòng)態(tài)不易被觀察和研究。但是，了解這些過程非常重要，因?yàn)樗鼈儗?duì)于細(xì)胞獲取有關(guān)其環(huán)境和響應(yīng)的信息至關(guān)重要。那么如何理解控制分子運(yùn)動(dòng)的規(guī)則呢?通過從頭開始重建細(xì)胞表面，也許?現(xiàn)在，來(lái)自班加羅爾國(guó)家生物科學(xué)中心(NCBS)的科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)法做到了這一點(diǎn) - 從其組成部分構(gòu)建簡(jiǎn)化的細(xì)胞表面，即脂肪和蛋白質(zhì)的混合物。

細(xì)胞表面的分子運(yùn)動(dòng)眾所周知，它是非隨機(jī)的，非常復(fù)雜，并且似乎不遵循簡(jiǎn)單的熱力學(xué)規(guī)則。直到最近，很少有實(shí)驗(yàn)工具可用于研究這些現(xiàn)象，以真正了解細(xì)胞表面的功能。隨著新的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)展，這一系統(tǒng)已經(jīng)由來(lái)自加州大學(xué)舊金山分校(UCSF)的Satyajit Mayor教授的實(shí)驗(yàn)生物學(xué)家和來(lái)自加州大學(xué)舊金山分校(UCSF)的科學(xué)家和來(lái)自NCBS的Madan Rao教授的理論物理學(xué)家的密切合作開發(fā)出來(lái)。和RRI(拉曼研究所)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由其基本成分構(gòu)成的細(xì)胞表面的最小模型 - 已知純化的脂肪和蛋白質(zhì)是細(xì)胞表面的一部分。這個(gè)工具可能是了解活細(xì)胞表面如何工作的關(guān)鍵。

“這只是一個(gè)開始，但卻很重要，”Satyajit Mayor教授說。“重要的是因?yàn)樗试S人們測(cè)試來(lái)自理論的想法，為活細(xì)胞表面的活躍組織提供解釋。這是一個(gè)令人興奮的開始，因?yàn)檫@個(gè)簡(jiǎn)單的最小系統(tǒng)的可行性為探索世界開辟了巨大的可能性在試管系統(tǒng)中的活細(xì)胞，每個(gè)元素都在我們的控制之下。這項(xiàng)工作的靈感來(lái)自于“我們理解我們應(yīng)該能夠建立的”這句格言，這就是試圖理解生活材料背后的原理，細(xì)胞表面起作用，“他補(bǔ)充道。

細(xì)胞表面的“活性復(fù)合模型”是試圖解釋細(xì)胞表面分子行為的最新理論之一。該模型不僅可以將細(xì)胞表面視為細(xì)胞膜，而且可視化為兩種元素的融合 - 細(xì)胞膜由脂肪和蛋白質(zhì)“肌動(dòng)蛋白”的交織網(wǎng)構(gòu)成，在細(xì)胞膜下方形成薄層。另一種蛋白質(zhì)，與肌動(dòng)蛋白相互作用的“肌球蛋白”，表現(xiàn)得像分子運(yùn)動(dòng)，并在供給能量時(shí)在肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。許多細(xì)胞表面蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)困擾著科學(xué)家，它們通常與位于細(xì)胞膜下方的動(dòng)態(tài)肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。

正如活性復(fù)合模型所提出的，研究人員決定將細(xì)胞表面重建為脂肪膜和肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)的組合。因此，使用脂肪雙層，肌動(dòng)蛋白和熒光蛋白構(gòu)建該人造細(xì)胞表面，所述脂雙層，肌動(dòng)蛋白和熒光蛋白特別設(shè)計(jì)為嵌入膜中，同時(shí)還與肌動(dòng)蛋白連接。使用各種顯微技術(shù)，該小組能夠通過熒光蛋白形成的模式研究構(gòu)建體的行為。正如“活性復(fù)合模型”所預(yù)測(cè)的，發(fā)現(xiàn)肌動(dòng)蛋白結(jié)合熒光蛋白的動(dòng)力學(xué)依賴于肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)。當(dāng)加入分子馬達(dá)肌球蛋白并提供化學(xué)能時(shí)，肌動(dòng)蛋白 - 肌球蛋白相互作用產(chǎn)生的力驅(qū)動(dòng)這些蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。

“活躍或能量消耗過程在理解生物現(xiàn)象中的重要性正在變得越來(lái)越明顯。這是一個(gè)新興的生物學(xué)領(lǐng)域，稱為”主動(dòng)力學(xué)“。通常，新興的生物分子組織尚不清楚，對(duì)此類理論的解釋也是如此。觀察結(jié)果還遠(yuǎn)未完成。這使得擁有與理論密切相關(guān)的適當(dāng)實(shí)驗(yàn)工具以測(cè)試和提高我們對(duì)此類系統(tǒng)的理解非常重要。我們目前的研究描述了創(chuàng)建一個(gè)能夠?yàn)槲覀兎?wù)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)， “該研究的主要作者DariusKöster說，該研究發(fā)表在領(lǐng)先的期刊PNAS(美利堅(jiān)合眾國(guó)自然科學(xué)院院刊)上。

“這項(xiàng)工作背后的動(dòng)機(jī)是分析影響細(xì)胞表面分子動(dòng)力學(xué)和組織的機(jī)制，”本研究的另一位作者Kabir Husain說。細(xì)胞生長(zhǎng)，分裂，免疫識(shí)別等許多過程依賴于細(xì)胞表面蛋白質(zhì)受體和其他相關(guān)分子的組織。這意味著細(xì)胞能夠可靠地控制其表面分子的組織，這對(duì)其生存和功能至關(guān)重要。通過在試管中重建細(xì)胞表面，科學(xué)家們?cè)诒荣愔蝎@得了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，以理解細(xì)胞表面組織的機(jī)制。