肌動蛋白是細胞中豐富的蛋白質之一，它有很多工作——從賦予細胞獨特的形狀和結構到管理對許多細胞功能至關重要的蛋白質網絡。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的反應�，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的過程。由于數百種不同的蛋白質與肌動蛋白絲結合，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人 Gregory M. Alushin 說結構生物物理學和機械生物學�！拔覀儸F(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信號密切相關，在化學信號中，經過充分研究的配體和受體網絡向細胞提供信息，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闡明了化學信號過程，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動的，肌動蛋白與細胞外緣的所謂粘附蛋白結合。

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將它們推開。

“我們已經了解肌動蛋白結合粘附蛋白很多年了，”洛克菲勒化學生物學研究生林梅說�！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傳遞機械信號。”

“軟盤尾”接收傳輸

為了進一步調查，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，研究人員承擔了一項艱巨的任務，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)新技術來拉動肌動蛋白，使其足以模擬它在細胞中可能經歷的微小張力。

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的。在先進的電子顯微鏡技術的幫助下，研究人員找到了 α-catenin 和 vinculin 之間的關鍵區(qū)別。“α-連環(huán)蛋白中有一種肽，一種松軟的小尾巴，只有當它直接與肌動蛋白結合時才會部分折疊，”Alushin 說�！斑@兩種蛋白質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，他們設計了一種移植了 α-連環(huán)蛋白尾巴的 vinculin 版本——當肌動蛋白被拉伸時，松軟的 vinculin 開始更好地結合。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，但新發(fā)現(xiàn)首先是對新興的機械生物學領域的一次妙招，該領域研究機械力如何在細胞水平上驅動關鍵過程. “我們知道 α-連環(huán)蛋白對大腦發(fā)育至關重要，并且經常在癌癥中發(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確了解其在機械信號中的功能�！�

“我們懷疑還有數百種其他蛋白質可以直接感知肌動蛋白傳遞的力，”梅補充道�！拔覀兊墓ぷ鳛殚_始尋找所有其他力敏感蛋白提供了基礎和分子細節(jié)。”