十年來，科學(xué)家們已經(jīng)知道，與其他細胞融合以執(zhí)行其基本功能的細胞(例如結(jié)合在一起形成纖維的肌肉細胞)會形成長遠的投射，并侵入其融合伙伴的領(lǐng)土。但是，尚不清楚此過程中涉及的薄而松軟的聚合物如何推動機械上堅硬的突起。

在今天在線發(fā)表在《自然細胞生物學(xué)》上的一項新研究中，UT西南大學(xué)的科學(xué)家概述了這些預(yù)測背后的機制，重點研究了肌動蛋白和動力蛋白這兩種蛋白質(zhì)之間的相互作用。他們說，這些發(fā)現(xiàn)提供了對關(guān)鍵細胞過程的洞察力，這對于多細胞生物的概念，發(fā)育，再生和生理至關(guān)重要，并且最終可能會導(dǎo)致罕見肌肉疾病的新療法。

UT西南醫(yī)學(xué)中心分子生物學(xué)和細胞生物學(xué)系教授，研究負責(zé)人伊麗莎白·陳(Elizabeth Chen)博士解釋說，細胞融合涉及三個主要步驟。首先，粘附分子將細胞膜拉在一起，但在細胞之間留有間隙。接下來，一個細胞延伸出手指狀的突起，并侵入另一個細胞。最后，所謂的融合蛋白使細胞膜更緊密地接觸和融合。

Chen說，對于這一中間步驟，她實驗室和其他實驗室的研究表明，稱為肌動蛋白的蛋白質(zhì)在形成預(yù)測中起著關(guān)鍵作用。但是，肌動蛋白會形成松軟且稀薄的聚合物，稱為肌動蛋白絲，每條直徑僅為7納米。這些細絲如何在機械上變得足夠堅硬以推出可以侵入其他細胞的突起物還不清楚。

為了解決這個問題，Chen和她的同事研究了肌動蛋白與動力蛋白的相互作用，這種蛋白可以從整個細胞中發(fā)現(xiàn)的特定化學(xué)鍵中釋放能量。動力的作用之一是通過在從細胞膜突出的囊泡的“頸部”周圍形成結(jié)構(gòu)來夾住將貨物帶入細胞的新形成的囊泡。盡管先前的研究表明，動力蛋白和肌動蛋白在許多細胞結(jié)構(gòu)中相互關(guān)聯(lián)，但如何協(xié)同工作仍是二十年來的一個謎。

Chen和她的團隊以果蠅肌肉細胞為模型系統(tǒng)，首先觀察了基因改造的胚胎中的肌肉細胞融合情況，認為該基因不產(chǎn)生任何功能性的動力蛋白。他們發(fā)現(xiàn)，如果沒有動力蛋白功能，這些細胞不僅無法融合，而且無法形成正常的投影，這表明動力蛋白在這一過程中起著關(guān)鍵作用。

然后，研究人員使用顯微鏡仔細觀察了純化的動力蛋白和肌動蛋白在等量混合后如何相互作用。他們發(fā)現(xiàn)肌動蛋白絲似乎是由動力蛋白以規(guī)則間隔隔開的束組織在一起，當(dāng)多個動力蛋白分子組裝在一起時，后者形成螺旋。出人意料的是，這些肌動蛋白絲不是結(jié)合在肌動蛋白絲周圍的動力蛋白螺旋絲，而是結(jié)合到了螺旋蛋白的外緣，每個螺旋絲最多捕獲16條絲蛋白。

Chen說，盡管此實驗表明，動力蛋白具有捕獲多條肌動蛋白絲并將其束縛成更牢固束的能力，但完全占據(jù)的動力蛋白螺旋不太可能在細胞中持續(xù)很長時間，在這種細胞中，充足的能源可能導(dǎo)致這些動力蛋白結(jié)構(gòu)分解成單個單元豐富。果然，當(dāng)研究人員將能量源添加到動力素-肌動蛋白混合物中時，動力素螺旋確實分開了，但不是以同步的方式分開的。當(dāng)完全組裝好的螺旋破裂時，其他的仍然存在-將肌動蛋白束保持在一起，同時允許新的細絲從沒有被動力蛋白束縛的區(qū)域散發(fā)出來。Chen說，這種動態(tài)過程最終導(dǎo)致形成多個相互連接的平行肌動蛋白束，從而進一步提高了肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)的機械強度。

盡管Chen和她的同事們使用肌肉細胞作為模型系統(tǒng)，但Chen指出，他們在這里發(fā)現(xiàn)的肌動蛋白和動力蛋白之間的相互作用可能在其他類型的細胞融合中發(fā)揮關(guān)鍵作用，例如在骨吸收細胞之間或免疫細胞之間。此過程中的缺陷也可能導(dǎo)致一些罕見的疾病，例如中心核肌病，這種疾病是肌肉細胞形成過小的纖維。先前的研究表明，動力蛋白的多個基因突變可導(dǎo)致這種疾病。

Chen說：“我們對研究人類突變?nèi)绾巫柚谷诤线^程感興趣，這最終可能導(dǎo)致新的干預(yù)和幫助這些患者的方法。”