一种细胞在细胞核下形成“迷你肌肉”的机制被发现

赫尔辛基大学的研究小组发现了负责骨骼肌收缩的运动蛋白肌球蛋白如何在非肌肉细胞中发挥作用，在细胞膜的内表面建立收缩结构。这是第一次发现这种“小肌肉”，也被称为应激纤维，通过肌凝蛋白驱动的细胞中预先存在的肌动蛋白丝网络的重组而自发出现。细胞中这些“小肌肉”的组装缺陷会导致人类的多种疾病，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，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:细胞膜内表面的肌动蛋白丝的专门网络。这项研究由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Sari Tojkander讲师共同进行，他们发现，以前与动物发育过程中上皮组织形状变化有关的肌凝蛋白脉冲可以在细胞皮层中模板化应力纤维的组装。在这一过程中，与负责肌肉收缩的蛋白质密切相关的非肌肉肌球蛋白II被局部和暂时性地招募到皮层，在那里它将最初的网状状肌动蛋白丝网络组织成平行的杆状结构。这些结构随后参与肌动球蛋白束两端局灶性粘连的生长和成熟，最终在细胞皮层形成应力纤维。

“我们在赫尔辛基大学和其他国外实验室的小组先前的研究表明，应力纤维可以从含有肌动蛋白和肌球蛋白的小前体结构中产生在细胞前部，并且当它向前移动时，应力纤维在细胞后部分解。现在我们揭示了一种全新的机制，通过这种机制，应力纤维可以在细胞中形成，并解释了为什么'神秘的'肌球蛋白脉冲会在细胞皮层中发生。”Lappalainen评论。

“有趣的是，我们还观察到这种类型的应力纤维的产生在细胞核下最为突出，细胞核存储了所有的遗传信息，是我们细胞中最大的细胞器。这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。因此，肌凝蛋白脉冲介导的组装过程可以在不同环境下迁移的细胞中组装收缩结构。因为肌球蛋白脉冲已经在许多不同的细胞和组织类型中被发现，这可能是在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球蛋白运动蛋白，以及由肌动蛋白组成的棒状纤维。肌凝蛋白运动蛋白沿着肌动蛋白丝协调“爬行”是产生肌肉收缩力的主要机制。然而，这种以肌球蛋白为基础的力量产生并不局限于肌肉，因为我们身体内其他组织的细胞也有类似的收缩结构。这些由非肌肉细胞组成的“迷你肌肉”，被称为应激纤维，由与肌肉收缩单位相同的中心玩家(肌动蛋白和肌凝蛋白)组成。

在我们的体内，骨骼肌通过肌腱附着在骨骼上，而被称为局灶性粘连的特殊粘连结构将应力纤维连接到细胞周围。这使得应力纤维能够感知并释放细胞和环境之间的力。除了是细胞中主要的力敏感结构外，应力纤维对适当的分化也很重要，即细胞在体内执行不同的任务。当细胞在具有挑战性的三维组织环境中迁移时，它们也能保护细胞核。因此，细胞中应力纤维组装的缺陷会导致多种疾病，如动脉粥样硬化、神经病和癌症进展。