一种细胞在核下形成“迷你肌肉”的机制被发现

赫尔辛基大学(University of Helsinki)的研究小组发现，负责骨骼肌收缩的运动蛋白肌球蛋白(myosin)如何在非肌肉细胞中发挥作用，在细胞膜的内表面构建收缩结构。这是第一次发现这种“迷你肌肉”，也被称为应力纤维，通过肌球蛋白驱动细胞中已有的肌动蛋白丝网络的重组而自发出现。细胞中这些“迷你肌肉”的组装缺陷会导致人类出现多种疾病，在最严重的情况下会导致癌症进展。

一项新的研究发表在eLife他深入研究了应力纤维组装的核心机制，并揭示了应力纤维是如何直接在细胞皮层上构建的:细胞膜内面的一个专门的肌动蛋白丝网络。这项研究是由HiLIFE生物技术研究所的Pekka Lappalainen教授和赫尔辛基大学兽医学院的Docent Sari Tojkander教授进行的，他们发现，肌凝蛋白脉冲(以前与动物发育过程中上皮组织的形状变化有关)可以在细胞皮层模板化压力纤维的组装。在这个过程中，非肌肉肌凝蛋白II，一种与负责肌肉收缩的蛋白质的近亲，被局部和暂时地招募到皮层，在那里它将最初网状的肌动蛋白丝网络组织成平行的棒状结构。然后，这些结构参与肌动球蛋白束两端的局灶粘连的生长和成熟，最终在细胞皮层形成应激纤维。

“我们在赫尔辛基大学和国外其他实验室的研究小组先前的研究表明，应力纤维可以在细胞前部从含有肌动蛋白和肌球蛋白的小前体结构中产生，并且当细胞向前移动时，应力纤维会在细胞后部解体。现在我们揭示了一种全新的机制，通过这种机制，压力纤维可以在细胞中形成，并解释了为什么‘神秘的’肌球蛋白脉冲会发生在细胞皮层。”Lappalainen评论。

“有趣的是，我们还观察到，这种类型的应激纤维的产生在细胞核下最为突出，细胞核存储着所有的遗传信息，是我们细胞中最大的细胞器。可能是皮质应力纤维保护细胞核或帮助细胞核与细胞体其他部分一起运动，这项研究的主要作者Jaakko Lehtimaki博士补充道。

这些新发现为应力纤维工具箱带来了一个重要的新特性。三维组织环境中的细胞很少显示应力纤维前体，通常在细胞培养皿中迁移的细胞中看到。因此，肌凝蛋白脉冲介导的组装过程使在各种环境中迁移的细胞中的收缩结构的组装成为可能。由于肌球蛋白脉冲已在许多不同的细胞和组织类型中被发现，这可能是非肌肉组织中局部力产生的普遍机制。

肌凝蛋白和肌动蛋白的作用

我们肌肉中最丰富的成分是肌凝蛋白运动蛋白，以及由肌动蛋白组装而成的条状细丝。肌凝蛋白运动蛋白沿肌动蛋白丝协同“爬行”是产生肌肉收缩力的主要机制。然而，这种基于肌球蛋白的力量生产并不局限于肌肉，因为我们身体其他组织中的细胞也有类似的收缩结构。这些非肌肉细胞的“迷你肌肉”，被称为压力纤维，由与肌肉收缩单位相同的核心参与者(肌动蛋白和肌球蛋白)组成。

在我们的身体里，骨骼肌通过肌腱附着在骨骼上，而一种叫做局灶黏附的特殊黏附结构将应力纤维与细胞周围的环境连接起来。这使得应力纤维能够感知并释放细胞与环境之间的力。除了是细胞中主要的力敏感结构外，应力纤维对于细胞的适当分化也很重要，即细胞在体内的不同任务的特化。当细胞在具有挑战性的三维组织环境中迁移时，它们也保护细胞核。因此，细胞中应激纤维组装缺陷导致多种疾病，如动脉粥样硬化、神经病变和癌症进展。