深入了解细胞对物理信号的反应可能导致新的疾病治疗

身体的细胞不断接收来自环境的信号并做出反应。关于细胞如何感知和响应化学信号或生物分子(例如 COVID-19)，人们已经了解很多。但人们对来自物理环境的信号(如触摸、温度或光)如何指导细胞活动知之甚少。了解这一过程可能会导致治疗癌症和其他疾病的新方法。

马里兰大学领导的多学科大学研究计划 (MURI) 于 1 年 2023 月 <> 日在《美国国家科学院院刊》上发表的一项名为“纳米形貌通过细胞骨架驱动调节细胞内可兴奋系统”的新研究为观察细胞如何对物理信号做出反应打开了大门。

“我们阐明了细胞的触觉，”UMD物理学教授，该研究的团队负责人Wolfgang Losert说。“我们认为细胞感知物理环境的方式可能与它们感知化学环境的方式截然不同。这可能有助于我们为涉及改变物理细胞环境的疾病开发新的治疗方案，例如肿瘤，免疫疾病和伤口愈合。

化学信号和物理信号之间的主要区别是大小。化学信号比人类头发的宽度小100万倍。身体提示是擂台上的重量级人物。

“我们研究了细胞如何从环境中感知到比化学信号分子大100倍的关键物理线索，”Losert说，他也在UMD物理科学与技术研究所(IPST)联合任命。

“我们真的在回答一种长期存在的谜团，即细胞如何对环境中的物理而不是化学规模的线索做出反应，”论文合著者和MURI团队成员John T. Fourkas说，他是UMD化学和生物化学系的教授。

MURI团队研究了细胞与其物理环境相互作用的主要参与者：细胞骨架，一个围绕细胞并充当物理环境的直接传感器的蛋白质网络;肌动蛋白，保持细胞连接的蛋白质;以及细胞的信号通路。

杨启欣(22岁，物理学博士)领导了她在UMD的博士研究的实验和分析，她说：“我认为我们与细胞骨架相关的工作表明，它在感知物理线索方面起着重要作用，比如疼痛。

MURI团队发现，引导细胞迁移的网络位于化学传感的上游和物理地形传感的下游;肌动蛋白是这两种信号的直接传感器。

“我认为这是第一个真正关键的确认，即肌动蛋白本身就是传感器，并且波确实在传感路径中的位置，不是下游，而是在前面和中心，”Fourkas说。

“我们的研究结果表明，就像海洋中的波浪模式允许专业冲浪者了解海底地形一样，细胞中所谓的'机械化学'波是感知来自其物理环境的信号的关键，这些信号比单个蛋白质大得多，”Losert说。“这对你如何设计物理干预来改变细胞的行为有影响。

例如，这项研究的合著者，约翰霍普金斯大学的Peter Devreotes先前的研究发现，肌动蛋白动力学对于被认为最具侵入性的癌细胞是不同的。

“了解药物如何影响波浪是一个重要的附加信息，可用于决定治疗方案，”Losert说。“我看到我们的研究也提供了如何提高免疫细胞被引导到目标的能力的指示。

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