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创新中心李凯发表综述:细胞器力学生物学前沿进展
发布时间:2025-02-13
近日,首都医学科学创新中心李凯研究员和加州大学旧金山分校Yuh-Nung Jan教授受邀在细胞生物学领域国际著名期刊Trends in Cell Biology合作发表了题为Experimental tools and emerging principles of organellar mechanotransduction的综述。该论文全面总结了细胞器生物力学领域研究方法和最新进展,并重点评述了细胞器机械敏感离子通道的分子鉴定和功能研究。
 
 
 
 

机械力是塑造生命的关键要素,人类的触觉、听觉和平衡感觉均属于机械感受范畴。经过多年研究,研究人员已经对机械感受的分子机制、生理功能和病理意义有了一定的了解,但这些机械转导过程大都起始于细胞表面的细胞膜,而对于存在于细胞内部的细胞器,其是否具有机械敏感特性,目前知之甚少。

 

一般认为,在如下生理过程中,细胞器可能会主动或被动接收机械刺激:(1)细胞器融合、分裂等形变伴随膜张力的变化;(2)细胞器在运输过程中会受细胞骨架牵拉;(3)不同细胞器之间彼此接触可能会产生膜形变;(4)胞浆渗透压的变化会导致细胞器的膨胀和皱缩;(5)在诸如血细胞渗出、肿瘤细胞转移等生理过程中,细胞会产生剧烈的形态变化, 细胞器也会被动受到机械挤压。在这些生物学过程中,细胞器是否会主动响应机械刺激?细胞器如何转导机械力以及机械力如何反馈调节细胞器生理稳态?对这些基础生物学问题的解答引领着细胞器力学生物学研究领域的发展。

 

总体来说,机械感受有两种信号转导模式,一种是机械力转化为化学信号,这主要通过细胞骨架和细胞核骨架传导机械力,由曲率感应蛋白等分子起始信号转导,这一模式典型的例子包括肌动蛋白传导机械力进而影响内质网应激反应和高尔基体代谢。另一种模式是机械力转化为电信号,这是由机械敏感离子通道介导的。

 

近年来,李凯研究员在细胞器离子通道领域做出重要发现,先后鉴定了内质网钾离子通道亚基粘合蛋白和溶酶体机械敏感阳离子通道蛋白,其他实验室也于近期发现内质网机械感受器和溶酶体渗透压感受器,这些重要的发现将机械感受研究领域由细胞膜推广至细胞器。

 

近年来机械感受领域涌现出一些新的研究技术,其中许多技术方法都可以应用于细胞器力学生物学研究,比如压力钳、光镊、原子力显微镜、力学荧光探针、纳米磁力操控和光机械操控技术等。这些技术方法可以实现对单个细胞器力学特性的测量和操控,将极大地推动细胞器生物力学研究领域的发展。

 

基于此,作者提出了领域内几个待解决的重要问题,并展望了未来可能出现重要突破的研究方向:(1)细胞器机械感受离子通道介导的下游信号通路;(2)内质网在胞内机械转导过程中的枢纽作用;(3)细胞器接触位点同时也是机械力信号活跃区;(4)细胞器渗透压感受的分子机制和生理意义;(5)细胞器机械信号在病理状态下的作用。

 

文章原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0962892424002794?via%3Dihub

 


 

 

李凯

 

中科院神经所博士,加州大学旧金山分校和霍华德休斯医学研究所博士后,现为首都医学科学创新中心研究员。其主要利用电生理、细胞生物学和化学生物学等手段研究细胞器生理稳态的调控机制,尤其关注溶酶体离子稳态平衡的维持机制、生理功能和病理意义。以第一作者或共同一作在 Nature Cell BiologyTrends in Cell BiologyMolecular CellNature CommunicationsJournal of General Physiology发表论文。曾获李政道奖学金、吴瑞奖和Human Frontier Science Program Long-Term Fellowship等。