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Nature 線粒體機械轉導:細胞感知與響應機械力的新視角

更新時間:2025-01-03      點擊次數:250
在自然界中,細胞不斷地與其所處環境的物理屬性進行互動。這些物理屬性,包括硬度、張力和空間限制,對細胞行為和命運產生深遠影響。近年來,機械轉導領域的研究揭示了細胞如何通過感知和響應這些機械信號來調節其生物學功能,包括增殖、分化和代謝。其中,線粒體作為細胞內的能量工廠和代謝中心,其動態變化與細胞對機械刺激的響應密切相關。

這篇文章的核心內容是關于細胞如何通過線粒體機械轉導(Mitochondrial mechanotransduction, MIME)來響應外部力和組織微環境的機械屬性。以下是文章的主要發現和結論:


線粒體形態變化與力的關聯:研究發現,細胞外基質的硬度、空間限制和施加的力(包括小鼠皮膚的拉伸)可以調節線粒體的動態。特別是,當細胞周圍的肌動蛋白張力增加時,線粒體會伸長;而當張力減小時,線粒體會分裂。


Nature 線粒體機械轉導:細胞感知與響應機械力的新視角
圖1:力誘導線粒體延長。
MIEF1的角色:線粒體延伸因子1(MIEF1)的磷酸化狀態調節了線粒體的分裂,從而影響了線粒體形態。高肌動蛋白張力通過促進MIEF1的磷酸化來限制線粒體分裂。


DRP1的調控作用:研究發現,Dynamin-related protein 1(DRP1)在線粒體分裂中起著關鍵作用,并且DRP1的活性受到肌動蛋白張力的調控。DRP1的抑制或激活影響線粒體形態,進而影響細胞功能。


Nature 線粒體機械轉導:細胞感知與響應機械力的新視角
圖2:需要DRP1來調控SREBP1/2和脂肪生成。
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圖3:對于YAP/TAZ的機械調節、增殖和細胞的轉歸,都需要DPR1。


轉錄因子的調控:線粒體分裂通過調節三個轉錄因子——YAP/TAZ、SREBP1/2和NRF2——來控制細胞增殖、脂肪生成、抗氧化代謝、化療抗性和脂肪細胞分化等細胞行為。

MIME的生物學意義:MIME作為一種統一的信號傳遞機制,協調細胞功能以適應組織規模的架構和機械屬性。這一過程在小鼠肝臟中也有所體現,其中DRP1調節肝細胞的增殖和身份,這是YAP依賴的表型。


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圖4:MIME的一般工作原理。


實驗方法:研究使用了多種實驗方法,包括細胞培養、基因敲除、藥物抑制、免疫熒光染色、流式細胞術、生存率測定、EdU摻入實驗、定量PCR、免疫印跡和蛋白質質譜分析等。

研究意義:這項研究揭示了細胞如何通過線粒體感知和響應機械力,為理解細胞行為的調控機制提供了新的視角,并可能對疾病狀態下的細胞功能失調有更深入的理解。