肌動蛋白是細胞中豐富的蛋白質(zhì)之一，它有很多工作——從賦予細胞獨特的形狀和結(jié)構(gòu)到管理對許多細胞功能至關(guān)重要的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。沒有它，脆弱的生命基本單位就會崩潰。

很多肌動蛋白的活動是基于機械信號。它似乎以某種方式感知來自環(huán)境的物理反饋并做出相應(yīng)的反應(yīng)�，F(xiàn)在，eLife 的一項新研究描述了這種機械信號的工作原理。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)與肌動蛋白絲結(jié)合，這一發(fā)現(xiàn)的意義深遠，并可能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。

“肌動蛋白絲可能是細胞中微小的彈性張力傳感器的想法已經(jīng)在文獻中流傳了一段時間，但我認為我們在這里確實證明了這一點，”助理教授兼實驗室負責(zé)人 Gregory M. Alushin 說結(jié)構(gòu)生物物理學(xué)和機械生物學(xué)。“我們現(xiàn)在才剛剛開始了解細胞中機械信號的細微差別�！�

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)向細胞提供信息，并確定它是否生長、分裂、遷移或死亡。但物理力也通過一種完全不同的現(xiàn)象將關(guān)鍵信號傳遞給細胞，在這種現(xiàn)象中分子相互推拉，不斷地聚集在一起并解離。

雖然幾十年的研究已經(jīng)闡明了化學(xué)信號過程，但對機械信號的細節(jié)仍然知之甚少。例如，很明顯，當(dāng)一個細胞附著在培養(yǎng)皿底部或與相鄰細胞接觸時，它與周圍環(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。

但仍不清楚細胞如何將機械信號從其環(huán)境傳遞給肌動蛋白，以及肌動蛋白如何將該信號傳遞給召喚粘附蛋白或?qū)⑺鼈兺崎_。

“我們已經(jīng)了解肌動蛋白結(jié)合粘附蛋白很多年了，”洛克菲勒化學(xué)生物學(xué)研究生林梅說�！暗�在我們的研究之前，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�！�

“軟盤尾”接收傳輸

為了進一步調(diào)查，Alushin 和 Mei 拉伸了肌動蛋白——從字面上看。

與洛克菲勒的劉世新合作，研究人員承擔(dān)了一項艱巨的任務(wù)，將一根大約為人類頭發(fā)寬度的 1/15,000 的肌動蛋白絲懸吊在兩個固定細絲兩端的微型珠子之間。然后，他們將細絲暴露于一種稱為 α-連環(huán)蛋白的粘附蛋白中，并使用一種稱為激光鑷子的創(chuàng)新技術(shù)來拉動肌動蛋白，使其足以模擬它在細胞中可能經(jīng)歷的微小張力。

他們觀察到肌動蛋白在拉動α-連環(huán)蛋白時與它的結(jié)合更好，這意味著肌動蛋白正在向α-連環(huán)蛋白傳遞機械信號，而α-連環(huán)蛋白具有接收該信號的能力。

但是一種類似的粘附蛋白紐蛋白被證明是信號失聰?shù)�。在先進的電子顯微鏡技術(shù)的幫助下，研究人員找到了 α-catenin 和 vinculin 之間的關(guān)鍵區(qū)別。“α-連環(huán)蛋白中有一種肽，一種松軟的小尾巴，只有當(dāng)它直接與肌動蛋白結(jié)合時才會部分折疊，”Alushin 說。“這兩種蛋白質(zhì)的所有其他部分基本相同。”

他和他的同事懷疑肌動蛋白正在傳遞一個非常好的機械信號，但只有 α-連環(huán)蛋白的松軟尾巴準(zhǔn)備好接收它。Vinculin 失去了松軟的尾巴，只是錯過了肌動蛋白的呼叫。為了驗證這一理論，他們設(shè)計了一種移植了 α-連環(huán)蛋白尾巴的 vinculin 版本——當(dāng)肌動蛋白被拉伸時，松軟的 vinculin 開始更好地結(jié)合。肌動蛋白是信號傳遞者；軟盤尾，接收器。

Alushin 指出，雖然 α-連環(huán)蛋白及其松散的尾巴最終可能成為臨床治療的一個有吸引力的目標(biāo)，但新發(fā)現(xiàn)首先是對新興的機械生物學(xué)領(lǐng)域的一次妙招，該領(lǐng)域研究機械力如何在細胞水平上驅(qū)動關(guān)鍵過程. “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，但我們所知道的大部分是，如果你擺脫它，細胞中的其他一切都會破壞，”他說�！巴ㄟ^定義 α-連環(huán)蛋白中的力檢測器，我們將使研究人員能夠準(zhǔn)確了解其在機械信號中的功能�！�

“我們懷疑還有數(shù)百種其他蛋白質(zhì)可以直接感知肌動蛋白傳遞的力，”梅補充道。“我們的工作為開始尋找所有其他力敏感蛋白提供了基礎(chǔ)和分子細節(jié)�！�