我國首次實現細胞膜張力的動態可視化觀察

2020-12-06 人民網

近日，大連理工大學生物醫學工程學院教授劉波團隊在細胞膜張力的可視化研究方面取得突破。該研究結果首次實現了細胞膜張力的動態可視化觀察，並證明了定向應力作用下細胞極性變化並非由細胞膜張力的非均勻分布所引起，而應由細胞膜下其他結構對力的非均勻傳遞直接導致。

劉波團隊藉助螢光共振能量轉移技術，構建能夠特異性與細胞膜上的脂筏區域和非脂筏區域錨定的張力檢測探針。該探針能夠在活細胞內可視化觀察剪切應力作用下細胞膜張力的動態變化過程，精度達到pN量級。

機械力對細胞的定向遷移和極性變化等有重要作用，但其極性的發生機制仍不清楚。劉波假設這種極性是外界應力在細胞內沿特定結構直接傳遞至特定位置，引起局部蛋白活化所致。細胞膜是應力傳遞的首要環節，其張力分布的不均勻性可能是細胞極性變化的根源。但由於缺乏合適的探針，這種假設尚未得到有效驗證。傳統的微管吮吸技術、光鑷、磁鑷等雖然能夠測量細胞的表面張力，但是不能實時提供張力變化的信息，而且空間解析度比較差。

鑑於上述難題，團隊對諾貝爾化學獎得主錢永健的研究作了進一步的拓展，將一段具有pN靈敏度的蛛絲蛋白嵌入兩個螢光蛋白之間，構成能夠與細胞膜錨定的FRET探針。利用該探針，發現在定向的剪切應力作用下，細胞膜張力呈現兩端小、中間大的非均勻性分布，而且膜張力會隨著細胞膜流動性的增加、微絲骨架的破壞而變大，但並不會出現上下遊的極性差異。

據悉，該研究工作得到了國家自然科學基金（31670867，31670961）及中央高校基本科研業務費（DUT15LK16）的資助，大連理工大學生物醫學工程學院碩士研究生李旺為論文第一作者，劉波為該文的通訊作者。（胡馨）

(責編：李依環、熊旭)

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