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        研究揭示了細胞感受周圍環(huán)境的方式
        
			
        
				2019-06-10 09:13:28
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        細胞推出微小的觸角來探測它們的物理環(huán)境，但是這些微小的傳感器能??真正發(fā)現多少?普林斯頓大學研究人員及其同事領導的一項新研究發(fā)現，典型細胞的環(huán)境在周圍組織的剛度或柔韌性方面存在很大差異，為了獲得有關周圍環(huán)境的大量信息，細胞必須四處移動并改變形狀。該發(fā)現有助于理解細胞如何響應機械信號，并可能有助于解釋當移植腫瘤細胞定植于新器官或免疫細胞參與傷口愈合時會發(fā)生什么。
        

        研究揭示了細胞感受周圍環(huán)境的方式
        

        普林斯頓的霍華德A.生命科學先驅教授，分子生物學教授和Lewis-Sigler綜合基因組學研究所的Ned Wingreen說：“我們的研究著眼于細胞如何在肌肉或骨骼等環(huán)境中感受到自己的感覺。” 。“這些組織在細胞規(guī)模上非常混亂，細胞只能在其周圍的區(qū)域進行測量，”他說。“我們想對這個過程進行建模。”該研究于7月18日在線發(fā)表在Nature Communications雜志上。
        

        身體的器官和組織陷入稱為細胞外基質的富含纖維的結構中，其為細胞提供支架以使細胞生存，移動和分化以實現特定功能。細胞通過從細胞表面伸出粘性蛋白質以拉動附近的纖維而與該基質相互作用。以前的工作，主要是使用人造平面，已經表明，細胞可以使用這種觸覺反饋來確定稱為機械傳感的過程中的彈性或剛度。但由于天然基質的纖維都是在一個混亂的三維網絡中互相連接，因此不清楚細胞可以從感受其周圍環(huán)境中收集到多少有用的信息。
        

        為了找到答案，研究人員建立了一個計算機模擬模擬模擬由膠原蛋白制成的基質中的典型細胞，膠原蛋白存在于皮膚，骨骼，肌肉和結締組織中。該團隊還在纖維蛋白網絡中模擬了一個細胞，纖維蛋白是一種強大的，粘稠的蛋白質，可以彌補血栓。為了準確捕捉這些網絡的組成，研究人員與前普林斯頓劉易斯 - 西格勒研究員Chase Broedersz合作，他現在是慕尼黑路德維希馬克西米利安大學的物理學教授，他的同事路易斯·哈維特和斯特凡·明斯特首先創(chuàng)造了物理使用最初在哈佛大學系統(tǒng)生物學家David Weitz合作小組中開發(fā)的方法對矩陣進行模擬。
        

        通過這些虛擬網絡，Beroz，Broedersz和Wingreen可以提出這樣一個問題：細胞可以通過感受周圍環(huán)境來收集有關環(huán)境彈性或剛度的有用信息嗎?如果答案是肯定的，那么該發(fā)現將揭示細胞如何響應這些環(huán)境而改變。例如，這項工作可能有助于解釋癌細胞如何能夠檢測到它們是否已到達具有支撐腫瘤生長的正確支架類型的器官，或者到達傷口的細胞如何知道開始分泌蛋白質以促進腫瘤生長愈合。
        

        利用數學，研究人員計算了當細胞拉近附近的纖維時網絡會如何變形。他們發(fā)現，膠原蛋白和纖維蛋白網絡都含有纖維結構，具有非常寬的集體剛度范圍，從相當可彎曲到非常堅硬，并且這些區(qū)域可以緊挨著彼此。結果，細胞可以具有兩個附近的探針，其中一個檢測硬度而另一個檢測柔軟性，使得細胞難以通過機械感知它所棲息的組織類型來學習。“我們驚訝地發(fā)現，即使在很短的距離內，細胞的環(huán)境也會發(fā)生很大變化，”Wingreen說。
        

        研究人員得出結論，為了準確評估其環(huán)境，細胞必須四處移動并改變形狀，例如伸長以覆蓋基質的不同區(qū)域。“我們在模擬中發(fā)現的東西符合實驗主義者所發(fā)現的，”Wingreen說，“并揭示了細胞可以用來感受組織環(huán)境的新的'智能'策略。”
        
			

			
          
        
			
        
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