來自新加坡國(guó)立大學(xué)新加坡力學(xué)生物學(xué)研究所(MBI)的研究人員首次描述了肌球蛋白-II細(xì)絲在非肌肉細(xì)胞的肌動(dòng)蛋白電纜中的有序排列。這項(xiàng)工作于2017年1月發(fā)表在Nature Cell Biology上。在非肌肉細(xì)胞中定義的肌球蛋白-II細(xì)絲的有序排列我們肌肉細(xì)胞的抽搐收縮是眾所周知的。當(dāng)胚胎心臟開始跳動(dòng)時(shí)，它們可在受孕后幾周檢測(cè)到。肌細(xì)胞收縮性是由細(xì)胞骨架的基于蛋白質(zhì)的電纜和稱為肌球蛋白的小分子運(yùn)動(dòng)蛋白之間的相互作用產(chǎn)生的。

人體內(nèi)有200多種細(xì)胞，并不是都需要反復(fù)收縮。盡管它們具有不同的功能，但幾乎所有細(xì)胞都含有與肌肉細(xì)胞相同的基本蛋白質(zhì)成分。重要的是，大多數(shù)細(xì)胞也表現(xiàn)出一定程度的緩慢收縮性。成纖維細(xì)胞就是這樣一個(gè)例子。在結(jié)締組織中發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞產(chǎn)生圍繞所有細(xì)胞的材料，并最終定義組織形狀。重要的是，還已知成纖維細(xì)胞可以重塑這種材料，為此，它們需要強(qiáng)度來抵抗其環(huán)境。

為了研究非肌肉細(xì)胞中細(xì)胞骨架及其相關(guān)運(yùn)動(dòng)蛋白的組織，MBI的研究人員使用一種稱為結(jié)構(gòu)照明顯微鏡(SIM)的超分辨率顯微鏡分析成纖維細(xì)胞。

由Alexander Bershadsky教授和助理教授Ronen Zaidel-Bar領(lǐng)導(dǎo)的研究人員將他們的研究重點(diǎn)放在細(xì)胞骨架的組裝上。除了為細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)支持外，細(xì)胞骨架還可以緩沖來自外部微環(huán)境的應(yīng)力，并使細(xì)胞收縮并通過組織移動(dòng)。由于蛋白質(zhì)電纜的連續(xù)組裝和拆卸，以及由于馬達(dá)蛋白質(zhì)拉動(dòng)這些電纜時(shí)產(chǎn)生的力，這些過程是可能的。

當(dāng)在活體成纖維細(xì)胞中觀察到細(xì)胞骨架時(shí)，MBI的博士后研究人員胡瓊瓊博士及其同事在大型蛋白質(zhì)電纜狀結(jié)構(gòu)(稱為應(yīng)力纖維)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了獨(dú)特的，有組織的運(yùn)動(dòng)蛋白絲狀圖案。這些電纜動(dòng)態(tài)地形成并且經(jīng)常橋接細(xì)胞與微環(huán)境相互作用的位置。

像繩索一樣，這些電纜由許多單獨(dú)的細(xì)絲組成，通過各種交聯(lián)蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。通過觀察細(xì)胞骨架的形態(tài)，研究人員觀察了肌球蛋白-II細(xì)絲如何排列成垂直于大平行應(yīng)力纖維的堆疊。這些堆疊與“交聯(lián)”蛋白α-輔肌動(dòng)蛋白的區(qū)域交替，其將單個(gè)細(xì)絲系在一起以產(chǎn)生蛋白質(zhì)電纜。

肌球蛋白-II細(xì)絲如何在成束的應(yīng)力纖維內(nèi)堆疊在一起，仍有待完全確定，但本研究中可能得出答案的一個(gè)觀察結(jié)果是肌球蛋白-II細(xì)絲相互長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)。正如研究人員所提出的，這種吸引力可能是由肌球蛋白絲堆疊產(chǎn)生的收縮或彈性力引起的，肌球蛋白絲絲堆疊可以通過周圍的細(xì)胞溶質(zhì)傳遞到另外被隔離的單個(gè)細(xì)絲。

肌球蛋白-II細(xì)絲在非肌肉細(xì)胞如成纖維細(xì)胞中的堆疊是細(xì)胞骨架的自組織和細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)中的有趣元素。成纖維細(xì)胞功能要求細(xì)胞能夠伸展，產(chǎn)生細(xì)胞骨架突起并移動(dòng)到結(jié)締組織的其他區(qū)域。將肌球蛋白-II組裝和組織成堆疊允許成纖維細(xì)胞實(shí)現(xiàn)這些細(xì)胞過程。

即使在非肌肉細(xì)胞中，細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)也專門用于力的產(chǎn)生和傳感。非肌肉細(xì)胞中細(xì)胞骨架的組織與肌肉細(xì)胞中的組織非常相似。在這兩種情況下，收縮力和彈性力在建立功能性細(xì)胞骨架中是不可或缺的，并且一旦形成，重復(fù)的基于蛋白質(zhì)的收縮蛋白的模式變得明顯。然而，與肌肉細(xì)胞不同，這些結(jié)構(gòu)在非肌肉細(xì)胞中不斷地組裝和分解，允許它們根據(jù)它們所處的環(huán)境調(diào)整其功能，形狀和運(yùn)動(dòng)方向。

正如在這項(xiàng)研究中觀察到的那樣，即使是非肌肉細(xì)胞也需要強(qiáng)度來抵御周圍環(huán)境，并且經(jīng)常在粘性環(huán)境中作戰(zhàn)。這種力量來自高度精細(xì)的細(xì)絲和運(yùn)動(dòng)蛋白系統(tǒng)。盡管不像肌肉細(xì)胞中那樣強(qiáng)壯，但它們?cè)诜羌∪饧?xì)胞中的組織使它們能夠保持對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)，同時(shí)提供恰當(dāng)?shù)牧α縼韴?zhí)行它們的功能。