Science：新方法监测细胞命运的决定机制
Illinois大学的研究人员开发了一种巧妙的新方法，能够用来检测受体与配体之间的单分子相互作用，文章于五月二十四日发表在Science杂志上。研究人员指出，这一方法可以广泛应用于干细胞、癌症、感染性疾病和免疫学研究等领域。
人体中的细胞并不是单独执行任务的独行侠，它们需要与其它细胞或基质进行交流。细胞的许多功能都是由环境中的信号激活，包括细胞增殖、细胞粘附、干细胞分化为不同细胞类型、以及白细胞迁移去抵抗感染等等。这是一种分子水平的双向通讯，细胞既接受信号，也同时释放信号。
当特定分子与贯穿细胞膜的受体结合后，会使受体激活从而引发一系列级联反应。科学家们已经对这一机制进行了广泛的研究。现在，Illinois大学的研究人员首次测定了，将功能调节信号传递进入细胞所需的分子力。
Illinois大学教授Taekjip Ha和博后Xuefeng Wang开发了被称为TGT(tension gauge tether)的新方法。人们可以通过这种方法，分析配体激活细胞受体时的单分子相互作用，确定上述作用所需的分子力。研究人员利用TGT技术对整合素integrin进行了研究，integrin是位于细胞膜上的受体蛋白，当配体分子与之结合后，integrin就会激活并介导细胞粘附。
研究人员将DNA链作为拴在配体分子上的绳索，并用这样的配体与integrin结合，在TGT系统中只有DNA链不断裂才能激活细胞粘附。他们利用DNA双螺旋的构造特点对DNA绳索作出调整，得到了一系列能耐受不同张力水平的DNA链。
“这就像是在钓鱼，如果鱼能拉断30磅鱼线但拉不断40磅鱼线，就可以判断它的力量在3040 磅之间，”Wang解释道。“我们将这一策略应用到分子张力的检测中。在哺乳细胞内，配体激活细胞膜蛋白integrin时，需要一定的力。我们用能承受不同拉力的DNA绳索将配体分子固定在一个表面，当integrin与配体结合后，绳索会受到拉力。我们可以通过观察细胞的粘附状态，来判断配体是否使受体激活，并确定激活时DNA绳索所受的力。”
单分子相互作用是很难监测的，因此研究人员需要通过观察细胞行为，来判断受体的激活情况。研究显示，配体使受体integrin激活，需要约40 pN的力。
“我们的方法可以帮助人们确定，让活细胞按要求行动所需的单分子力，而这将有助于解决一些难以治疗的疾病。癌细胞和干细胞的行为都受到环境的控制，因此在力学基础上理解和操纵分子通讯，将为相关疾病的治疗带来重要启示。我们希望TGT方法可以广泛应用在细胞分化、癌转移、免疫学和感染疾病的研究中，”Ha教授说。
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