被密集的社区所锚定：阻止细胞误入歧途的原因

 
在细胞基质粘附形成过程中，整合素簇在细胞边缘(发光点)的桥接，紧密结合了间隔较小的基质纤维(在蓝绿色中)。图片来源：新加坡国立大学构成细胞周围细胞外基质的蛋白质以纤维形式存在。这些基质蛋白纤维之间的间距如何影响细胞表面受体整联蛋白的聚集，以及如何影响整联蛋白介导的细胞基质粘附的形成和随后的细胞扩散，是由高级研究Rishita Changede博士领导的最新研究的重点新加坡国立大学机械生物学研究所研究员。该研究发表在《自然材料》上。
基质纤维之间的间距影响整联蛋白的聚集和粘附形成
想象一下，将散布在溪流上的岩石作为立足点来穿越溪流。是否能够通过，不仅取决于有多少块岩石，而且还主要取决于这些岩石在溪流中的位置。如果您的下一个立足点距离太远，穿越那条小溪可能会变得困难，有时甚至是不可能的。
这同样适用于我们体内的细胞，因为它们试图附着在其下面的表面(称为矩阵)上。细胞最外层的某些“受体”(主要是整联蛋白家族的成员)与基质中存在的伴侣“配体”蛋白(例如胶原蛋白和纤连蛋白)发生物理相互作用。单元基本上将这些连接用作立足点，以在矩阵上展开和移动或感测矩阵属性。与我们的河流类比中的岩石相似，“细胞立足点”需要在基质中最佳隔开，以促进细胞附着和正常的细胞功能。
创建各种配体几何形状
在组织内，大多数配体蛋白以纤维形式排列在基质中，呈不同的构型和密度。国立大学机械生物学研究所(MBI)的Sheetz实验室最近进行的一项研究的主题是：配体几何形状-配体纤维的特定排列-在促进细胞-基质连接的形成和随后的稳定中的重要性。新加坡。
在MBI高级研究员Rishita Changede博士和首席研究员Michael Sheetz教授的带领下，美国哥伦比亚大学的科学家参与了这项研究，该研究采用了一种称为电子束光刻的技术来绘制定制的纳米尺寸图案(由钛或金钯线制成) )在人造表面上模仿在活组织中发现的配体几何形状。
研究人员创建了一维(1-D)或二维(2-D)纳米图案。一维图案包括单条线，而二维图案包括成对的线(相隔50或80 nm)，交叉线(以25度角相交)和六边形点阵图(点相距40 nm)。图案化后，纳米线用配体蛋白包被，研究团队用显微镜观察和测量了结缔组织细胞(称为成纤维细胞)如何在不同的几何形状上生长。
一维和二维图案上的整合素结合
Changede博士先前的工作表明，只有四个整合素分子会聚在一起形成簇，簇的大小通常为110 nm。这些新生的整联蛋白簇起基本模块的作用，启动与配体的细胞结合，形成更大的细胞-基质连接。因此，研究人员推论，只有那些配体间隔小于110 nm的纳米图案，才能使整联蛋白稳定结合并随后扩散。
配体几何形状是细胞扩散的关键因素
与此相一致，研究人员指出，基于每个纳米图案上的配体几何形状，整联蛋白簇参与和细胞扩散程度的差异：间隔250 nm或500 nm的一维单线不支持整联蛋白簇参与和细胞传播但是，当这些线间隔160 nm(略大于整联蛋白簇的大小)时，形成了一些连接，并且细胞能够在一定程度上扩散。另一方面，包括成对的和交叉的线以及六边形的点在内的二维图案支持大量的整联蛋白簇结合和细胞扩散。
值得注意的是，尽管在1D单行上的配体密度(给定区域中的配体数量)有时比在2D模式(例如六边形点)上更高，但在2D模式下仍发生了更高的整联蛋白簇结合和细胞扩散。该观察结果证实，配体几何形状比配体密度在控制细胞-基质连接的形成并促进细胞功能(例如其沿组织的扩散和移动)方面具有更重要的作用。
众所周知，细胞矩阵连接是细胞与其周围环境之间机械转导（机械信号的中继）的主要场所。它们在基础基质上施加牵引力，使用它们来测试基质的机械性能。然后通过在连接处募集的蛋白质复合物在内部传递此信息，以实现细胞内的各种变化。
在围绕组织中的细胞的纤维基质环境中，这些配体纤维如何彼此隔开对于确定如何介导机械转导事件至关重要。当纤维太近或太远时，整联蛋白将无法稳定地结合并启动细胞-基质连接的形成。结果，机械转导途径出错，导致不规则的细胞反应，可能影响组织的整体完整性。通过引起人们对配体几何形状在整合素依赖性连接形成中的重要性的关注，本研究为控制通过细胞-基质连接进行力介导的分子机制及其对细胞扩散和运动的影响提供了更多细节。