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當前位置:東地(北京)科技有限公司>>技術文章>>細胞感應基質機械力學信號的過程與機制
定義:細胞力學是研究細胞與微環(huán)境相互作用及其分子水平行為的新興學科,細胞在三維動態(tài)微環(huán)境中,其行為受化學信號和機械力信號的調控。
重要性:力學相關信號轉導在個體發(fā)育和體內(nèi)平衡中至關重要,影響肌肉癥、心肌病、纖維化和癌癥等疾病的發(fā)生與發(fā)展。
研究方法:結合經(jīng)典生物學、醫(yī)學、物理學、工程學等學科,以體外細胞和個體組織器官為研究對象,探索細胞力學對個體生物學進程的影響。
細胞微環(huán)境:指細胞周圍的一系列物質和信號分子,包括臨近細胞、細胞外基質、可溶性因子以及物理相關的力等,對細胞的信號轉導、基因表達、代謝等生命過程有重要調控作用。
細胞外基質(ECM):由細胞合成、分泌的生物大分子構成的非細胞三維高分子網(wǎng)絡,富含膠原蛋白、層黏連蛋白、彈性蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖及各種細胞因子等,為細胞提供物理支持,并通過與細胞黏附分子等作用為形態(tài)發(fā)生、分化和穩(wěn)態(tài)提供關鍵的生化和生物力學線索。
整合素:細胞主要通過細胞膜上的整合素感知環(huán)境中的機械信號。整合素由跨膜αβ異二聚體組成,是連接細胞外基質和細胞骨架的橋梁,可以在質膜上雙向傳遞信號。
整合素介導的機械信號傳遞:整合素與胞外配體結合后,會誘導構象改變,激活胞內(nèi)結構域,并通過結構蛋白橋聯(lián)至肌動蛋白絲,傳遞力學信號,進而影響細胞骨架的重排和細胞的生理功能。
FAK-Src復合物生化信號轉導:整合素介導的信號轉導過程中,F(xiàn)AK-Src復合物是十分重要的一類信號蛋白,其激活可調節(jié)GEF的定位和活性,進而影響細胞骨架的動態(tài)變化。
Rho家族信號級聯(lián):Rho GTPases蛋白家族在細胞力學信號轉導和肌動蛋白骨架的調節(jié)、細胞周期進程以及基因轉錄表達中具有重要作用,通過在活躍的GTP狀態(tài)和不活躍的GDP狀態(tài)的循環(huán)來調節(jié)肌動蛋白的細胞骨架動力學,并引起廣泛的細胞力學變化。
力敏感的轉錄因子易位:細胞的行為受微環(huán)境中的力學信號調節(jié),YAP/TAZ和SRF等力敏感的轉錄因子可作為細胞內(nèi)的機械感受器,力學信號刺激下,這些轉錄因子易位到細胞核,調節(jié)基因表達。
力學信號傳遞到細胞核:加載到LINC復合物上的收縮力通過Sun蛋白偶聯(lián)到核纖層蛋白及其他核骨架上,將物理信號從細胞膜傳遞到細胞核。
核內(nèi)力學信號影響基因表達:細胞核受力后,張力會改變核纖層的磷酸化動力學,拉開核孔,改變核形狀,有利于力敏感的轉錄因子從胞質轉運到核中,輔助后續(xù)靶基因的表達。同時,核內(nèi)的染色質結構也會因力學信號而發(fā)生變化,影響基因的轉錄和表達。
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