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细胞对光的反应有助于理解癌症转移
【字体: 大 中 小 】 时间:2024年01月29日 来源:Advanced Science
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芬兰坦佩雷大学的生命科学和光子学研究人员在研究表面细胞对机械刺激的反应时取得了非凡的发现。通过模拟细胞下方的细胞外基质的变形,研究人员发现,细胞可以快速感知环境中哪怕是很小的变化,而且它们的反应比预期的要复杂得多。例如,这一发现可能有助于更好地理解与癌症转移形成有关的过程。
三个研究小组在他们的联合项目中调查了上皮细胞如何通过离子通道感知环境中的微小变化。这项研究是利用Arri教授领导的智能光子学材料研究小组开发的光响应材料进行的,这种材料可以用作细胞培养的基质。这些材料允许使用光刺激的细胞基底精确和可控的运动。
“细胞有细胞内钙的标记蛋白,所以我们能够在共聚焦显微镜上在基质表面画出小凹槽,同时监测活细胞如何在钙的帮助下对环境中的这些变化做出反应。”我们发现,即使是几十纳米的材料的运动也会打开细胞中的机械门控钙通道,通过这种通道,细胞能够改变它们的钙水平,”坦佩雷高级研究所(IAS)高级研究员、医学和卫生技术学院细胞生物物理研究小组的负责人Teemu Ihalainen说。
细胞中各种各样的过程都需要钙,所以即使钙含量的微小变化也会对细胞功能产生很大的影响。这项研究表明,也许是第一次,细胞能够感知环境中的微小运动,这些运动是通过改变钙离子在细胞膜上的流动来检测的,即通过离子电流。
这项研究的重点是在机械刺激的最初几秒钟内细胞内钙的变化。2023年11月,一篇题为《偶氮苯薄膜中的光诱导纳米级变形通过机械敏感阳离子通道触发细胞内Ca2+快速增加》的文章发表在著名杂志《Advanced Science》上,这是Heidi Peussa博士论文的关键部分。
在体内,上皮细胞紧密地附着在细胞外基质上,允许环境的机械应变,例如,传递给细胞。机械刺激对细胞的正常功能有重要作用。细胞附着的破坏通常会导致疾病或其他问题。
细胞以多种方式感知环境的变化,例如,通过机械门控的PIEZO1离子通道。通道可以理解为细胞膜孔,在机械松弛状态下是封闭的,但在细胞膜拉伸时是开放的。这个打开在千分之一秒内发生,导致钙流入细胞。该过程在许多生理功能中起着关键作用,例如在触觉中。机械门控离子通道的发现在2021年获得了诺贝尔奖。
该研究表明,PIEZO1通道对于感知细胞微环境的快速变化至关重要。
“我们发现细胞能够感知在千分之一秒内发生的小至40纳米(0.000040毫米)的变形。这是我们第一次能够监测到PIEZO1通道是如何由于局部细胞外环境的物理变化而打开的,”Ihalainen提到。
研究人员使用的方法是新的,可以研究细胞外基质的机械刺激,同时监测细胞反应。针对PIEZO01通道功能的进一步研究已经在进行中。此外,研究人员的目标是研究和开发新的光响应材料。
“我们的下一步是研究这些机械门控离子通道的调节和调节因素。我们的目标也是为了更广泛地了解在最初几秒钟的力感知觉之后发生了什么。我们正在开发新的转基因细胞系,以进一步研究细胞中不同位置的钙信号。这些转基因细胞系还使我们能够将研究扩展到眼睛的视网膜色素上皮,并研究PIEZO1通道在视网膜维持中的作用,”医学与健康技术学院生物传感器技术副教授、眼睛研究小组生物物理学负责人Soile Nymark说。
发表的这项研究是埃米尔·阿尔托宁基金会资助的为期三年的ABioT项目的一部分。该项目还得到了芬兰研究理事会和坦佩雷高级研究所的资助。
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