证明单个分子在细胞机械应力过程中的重要性

我们体内的细胞不断暴露于机械力，这些力要么是外部施加的，要么是细胞自身产生的。能够对这种机械刺激作出反应是大量生物过程不可或缺的先决条件。

然而，人们对细胞如何设法处理机械刺激知之甚少，因为缺乏研究细胞中非常精细的机械信号的技术。明斯特大学(德国)的研究人员现在已经开发出一种方法来改变单个分子的力学，从而研究它们在细胞内的功能。研究结果已发表在《科学进展》杂志上。

由细胞生物学家CarstenGrashoff教授领导的团队开发了一种方法，可以在光敏分子的帮助下改变蛋白质，并通过短光脉冲进行机械控制。通过这种方式，科学家们成功地破坏了具有高时间和空间控制的单个蛋白质，使他们能够研究它们在细胞中的机械意义。

他们的第一个实验证明了两种分子的功能，这两种分子不仅对细胞粘附很重要，而且被怀疑在许多疾病中起着核心作用。talin蛋白对于结缔组织中细胞粘附过程中携带机械力至关重要——这一过程在例如细胞迁移中非常重要。相反，桥粒蛋白对于抵抗发生在上皮组织(例如皮肤)中的细胞-细胞连接处的机械应力很重要。

与许多其他信号一样，机械刺激最终在细胞中以单个蛋白质的水平进行处理。尽管研究人员在过去几年中已经确定了一系列直接暴露于细胞机械力的分子，但通常仍不清楚单个蛋白质的机械贡献在这些通常非常复杂的细胞生物学过程中的重要性。

Grashoff团队进行的实验通过利用光敏连接取得了成功，尽管该连接能够承受高度的机械力，但在暴露于光辐射时会发生故障。在植物中发现了类似的光敏蛋白，它们调节植物对光的方向。通过使用分子生物学技术将这些预定的断裂点插入特定基因(talin、desmoplakin)，该团队产生了结缔组织和皮肤细胞，这些细胞可以在单个蛋白质水平上用激光束控制。活细胞的调制和分析源自小鼠细胞培养模型，是通过荧光显微镜方法实现的。

“总的来说，这些结果提供了某些细胞结构的机械特性如何由单个蛋白质控制的证据，”Grashoff说。

由于开发的技术是基因编码的，因此可以插入基因组的任何点，研究人员希望它能广泛应用于研究活细胞、模式生物和疾病模型中许多其他蛋白质的力学生物学特性。