大家都知道細胞很小,一個動物細胞的平均直徑只有10微米,但是為什麼細胞不能大一點呢?傳統的觀點認為,如果細胞體積變大,則會使其難以吸取足夠的養分和能量去維持細胞本身的運作。這個觀點一直是標準說法——但最近,普林斯頓大學的生物工程師瑪麗娜?費裡克(Marina Feric)和克裡夫?布朗韋恩(Cliff Brangwynne)在期刊《自然·細胞生物學》(Nature Cell Biology)上發表論文,闡述了重力對細胞大小的影響。
12月8日在費城舉辦美國細胞生物學學會和國際細胞生物學聯合會大會上,費裡克和布朗韋恩將發言介紹重力對細胞的影響,解釋非洲爪蟾(Xenopus laevis)巨大的卵細胞如何支撐核內成千上萬無膜的細胞區室。從細胞來看,非洲爪蟾的卵細胞很大,其單個細胞核就比人體內大部分的細胞還要大。如果說人類細胞的平均大小相當於美國普通房屋,那麼非洲爪蟾卵細胞就如同帝國大廈。費裡克和布朗韋恩選取這種體積如「摩天大廈」的細胞,對其機械特性進行深入研究。
在細胞中,大部分細胞區室都有膜包裹,而那些無膜細胞區室則像沒有瓶子裝著的啤酒,或者像是沒有柵欄包圍的綿羊,沒有一種物質真正意義上支撐、分隔它們。但這些無膜的細胞區室並沒有聚成一團墜在細胞核底部,這表明它們似乎沒有受到重力的影響。
其中一種無膜區室就是核體。核體由RNA和蛋白質組成,呈小液滴狀。在細胞核中,它們就像是被油包裹的醋滴。按理來說,每當它們靠在一起,它們就會融合併下沉,然而事實上它們卻並沒有在細胞核底部聚成一團。費裡克和布朗韋恩曾發現,肌動蛋白網通過使核體保持較小的體積,從而避免核體聚集成團。那這種肌動蛋白網為何如此強韌呢?
核仁在肌動蛋白網的作用下可以很好的懸浮在細胞核中。但當肌動蛋白網被破壞後,核仁迅速沉到底部,聚集成一團。視頻來源:eurekalert.com
費裡克和布朗韋恩希望測量地球施加在核體上的引力,是如何抗衡肌動蛋白網所提供的支持力的。他們向細胞核內注射了一個磁珠,利用外加磁場讓磁珠給細胞施加一個力。他們發現,細胞核中的肌動蛋白網比果凍還要軟,不過它和果凍一樣,戳一下也會很快恢復原狀。肌動蛋白像果凍一樣包裹著核體,使其不受地球引力的影響。隨著在磁珠上施加的外力變大,肌動蛋白會表現出非牛頓流體(譯者註:液體粘度會隨切變率變化而變化)的特性,質地變得更加緻密且粘稠,使核體免於聚成一團下墜,從而保護了細胞核。不過,當施予的外力足夠大時,肌動蛋白網也會破裂,不再能包裹住核體。
這表明肌動蛋白網的機械特性會幫助細胞核抵抗重力作用,同時也使細胞核兼具柔韌性和剛性,以維持生命活動;而如果細胞體積過大,其受到的重力大於肌動蛋白網所能提供的支持力,細胞核內的物質就無法維持正常的結構了。(生物谷Bioon.com)