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PNAS：细胞的自然之力
如果将特定类型的活细胞涂布在显微镜载玻片上，细胞会在玻片上缓缓移动，找到它们的邻居，自组装成为简单原始的组织。斯坦福大学的新研究能解释这一现象，并能帮助人们理解复杂生物体的机械力结构和行为。
化学工程师Alexander Dunn博士和斯坦福大学的一个跨学科研究团队，对活细胞内和细胞间的机械力作用进行了监测和观察，文章发表在Proceedings of the National Academy of Sciences杂志上。
有关细胞间化学信号传导的研究数据很多，“细胞间和细胞内机械力作用机制，是人们了解细胞形成组织、器官和机体的一个巨大障碍，”Dunn说。
通过一种新机械力感应技术，Dunn及其团队能够确实看到活细胞内的机械力作用，来了解细胞如何相互联系，以及单独细胞如何在组织中控制自身形状和运动。揭开这一机制的神秘面纱，将有助于人们对多种生物学事件的理解，包括从组织和肿瘤的形成和生长，到形成整个复杂有机体。
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细胞就像一个充满盐水的气球，Dunn解释道。一种特殊蛋白钙粘蛋白cadherin横穿细胞膜，在细胞外将细胞与其邻居们连接起来，Cadherin中的-herin的词根就是粘附的意思。在细胞内，钙粘蛋白与肌动蛋白actin和肌球蛋白myosin的长纤维相连。肌动蛋白和肌球蛋白一同起作用，就像细胞的肌肉，为细胞形态维持和细胞运动提供所需张力。
钙粘蛋白和肌动蛋白通过catenin连接素相互连接，但细胞何时何地以何种方式使用它们的肌肉(肌动蛋白和肌球蛋白)拉动钙粘蛋白呢?这是机体发育的重要问题，因为细胞生长、分裂和在组织中迁移时，必须控制自身形态并保持与其他细胞的粘附。Dunn及其同事发现，actin-catenin-cadherin的蛋白组合在细胞内传递机械力，并且钙粘蛋白还能在细胞间传递机械力。
这种机械力的交流模式，就像提线木偶的提线。Dunn和该领域其他科学家相信，这些机械力对细胞非常重要，帮助细胞在组织中定位、分裂并在组织达到合适形态时停止分裂。
“起初这只是一种理论，”Dunn说。“现在我们的研究证明细胞间机械力的确可以进行传递。这一理论是可行的。”
研究人员的研究工具包括：培养的犬类肾脏细胞、水母和蜘蛛丝的DNA以及微小的玻璃针。他们通过一个精妙的分子力感应器来检测细胞间的机械力，这种感应器结合了水母的荧光蛋白和蜘蛛丝的弹力蛋白。
研究人员将该传感器的基因整合到细胞DNA中。感应器感应到的张力不同，细胞发光的颜色也不同。在本研究中，力感应器被插入到钙粘蛋白分子中，当蛋白分子受到张力时，感应器就会感应到。
随后，研究团队通过开关肌球蛋白、肌动蛋白和连接素的活性，证实这些蛋白的确连接在一起，并且是细胞内和细胞间机械力传递的中心。
最后，研究人员用微型玻璃针头对连接在一起的细胞施以机械力，发现这一机械力通过钙粘蛋白传递到了其他细胞。
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