細胞粘附蛋白長鏈蛋白（左，橙色）和α-連環(huán)蛋白（右，粉紅色）與肌動蛋白絲（藍色）結(jié)合的低溫電子顯微鏡重建。圖片來源：洛克菲勒大學(xué)

肌動蛋白是細胞中最豐富的蛋白質(zhì)之一，它有許多工作-從賦予細胞其形狀和結(jié)構(gòu)到管理對多種細胞功能至關(guān)重要的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。沒有它，脆弱的基本生活單元就會崩潰。

肌動蛋白的大量活性是基于機械信號傳遞。它似乎以某種方式感覺到來自環(huán)境的物理反饋并做出相應(yīng)的響應(yīng)�，F(xiàn)在，eLife中的一項新研究描述了這種機械信號的工作方式。通過從字面上拉伸單個肌動蛋白絲，研究人員確定了肌動蛋白將細胞機械信息傳遞給其他蛋白質(zhì)的過程。由于數(shù)百種不同的蛋白質(zhì)結(jié)合肌動蛋白絲，因此這一發(fā)現(xiàn)意義深遠，并且可以最終解釋細胞如何機械控制運動，包括心肌細胞如何收縮或運動細胞如何運動。

“關(guān)于肌動蛋白絲可能是細胞中微小的拉伸傳感器的想法已經(jīng)在文獻中流傳了一段時間，但我認為我們確實在這里證明了這一點，”實驗室助理教授兼實驗室負責(zé)人格雷戈里·M·阿魯申說。結(jié)構(gòu)生物物理與力學(xué)生物學(xué)系。“我們才剛剛開始了解細胞中機械信號的細微差別�！�

尋找機械信號

細胞的生命周期與化學(xué)信號密切相關(guān)，在化學(xué)信號中，經(jīng)過充分研究的配體和受體網(wǎng)絡(luò)將信息提供給細胞，并確定其是否生長，分裂，遷移或死亡。但是，物理力還會通過一種完全不同的現(xiàn)象將關(guān)鍵信號傳遞到細胞上，在這種現(xiàn)象中，分子彼此推拉，永久地聚集在一起并解離。

盡管數(shù)十年的研究揭示了化學(xué)信號傳導(dǎo)過程，但對機械信號傳導(dǎo)的細節(jié)仍知之甚少。很明顯，例如，當細胞緊貼培養(yǎng)皿底部或與相鄰細胞接觸時，其與周圍環(huán)境的相互作用是由肌動蛋白驅(qū)動的，肌動蛋白與細胞外緣的所謂粘附蛋白結(jié)合。

但尚不清楚細胞如何將來自其環(huán)境的機械信號傳遞給肌動蛋白，然后肌動蛋白如何將信號傳遞給召集粘附蛋白或?qū)⑵渫崎_。

洛克菲勒化學(xué)生物學(xué)專業(yè)的研究生林梅說：“肌動蛋白結(jié)合粘附蛋白已經(jīng)知道很多年了�！� “但是在我們的研究之前，還沒有研究證明拉伸肌動蛋白會向能夠感知這種機械力的蛋白質(zhì)傳遞機械信號�！�

“軟尾巴”接收傳輸

為了進一步研究，阿盧欽（Alushin）和梅（Mei）伸展了肌動蛋白-確實如此。

在與洛克菲勒公司的劉世新的合作下，研究人員完成了艱巨的任務(wù)，將一根肌動蛋白細絲懸掛在一根固定在細絲兩端的兩個微小珠子之間，該肌動蛋白細絲的長度約為人發(fā)寬度的1 / 15,000。然后，他們將細絲暴露于一種稱為α-catenin的粘附蛋白，并使用一種稱為激光鑷子的創(chuàng)新技術(shù)將肌動蛋白拉到足以模仿其在細胞中可能遇到的微小張力的狀態(tài)。

他們觀察到肌動蛋白在牽拉時會更好地結(jié)合α-catenin，這表明肌動蛋白正在向α-catenin傳遞機械信號，并且α-catenin具有接收該信號的能力。

但是事實證明類似的黏附蛋白紐蛋白（insulin）是信號聾的。在先進的電子顯微鏡技術(shù)的幫助下，研究人員了解了α-連環(huán)蛋白和紐蛋白之間的關(guān)鍵區(qū)別。Alushin說：“α-catenin蛋白中有一個肽，這是一個松散的小尾巴，僅當它直接與肌動蛋白結(jié)合時才部分折疊�！� “這兩種蛋白質(zhì)的所有其他部分基本相同�！�

他和他的同事們懷疑肌動蛋白在傳遞一個完美的機械信號，但是只有α-連環(huán)蛋白的軟尾準備接收它。Vinculin失去了軟盤的尾巴，只是錯過了actin的電話。為了驗證該理論，他們設(shè)計了一種版本的紐扣蛋白，上面植入了一個α-連環(huán)蛋白尾巴，而當肌動蛋白被拉伸時，軟尾的紐扣蛋白開始更好地結(jié)合。肌動蛋白是信號的傳遞者。軟盤尾巴，接收器。

Alushin指出，盡管α-catenin及其松軟的尾巴最終可能成為臨床療法的誘人靶標，但新發(fā)現(xiàn)首先是應(yīng)對新興的機械生物學(xué)領(lǐng)域的一個妙招，該領(lǐng)域研究機械力如何驅(qū)動細胞水平上的關(guān)鍵過程。他說：“我們知道α-連環(huán)蛋白對大腦發(fā)育至關(guān)重要，并且經(jīng)常在癌癥中發(fā)生突變，但是我們所了解的大部分是，如果擺脫了這種連接，細胞中的所有其他物質(zhì)都會破裂�！� “通過精確地定義α-catenin中的力檢測器，我們將使研究人員能夠準確地了解其在機械信號傳導(dǎo)中的作用。”

“我們懷疑還有數(shù)百種其他蛋白可以直接感知肌動蛋白傳遞的力。” “我們的工作為開始尋找其他所有力敏感蛋白提供了基礎(chǔ)和分子細節(jié)。”