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研究人员利用光遗传学和数学建模来识别细胞力学中的中心分子

2019-06-17 09:02:08 • 来源：

所有细胞类型都在人体内不断产生力量。包括海德堡研究员Ulrich Schwarz教授在内的生物学家和物理学家的跨学科合作现在成功地利用光进行细胞力的高分辨率测量，以便以受控方式打开和关闭它们。来自海德堡大学和芝加哥大学的科学家利用光遗传学和数学建模来识别细胞力学中的中心分子。这项研究的结果发表在Nature Communications杂志上。

研究人员利用光遗传学和数学建模来识别细胞力学中的中心分子

需要响应外部信号而收缩的肌细胞将血液泵送通过身体或移动身体部位。然而，在我们身体中的所有其他细胞类型不断产生力量，在每个人体细胞中存在肌肉样结构的帮助下。细胞利用这些力来感知其环境中的机械变化，这在例如伤口愈合中起重要作用。在细胞分裂和细胞运动期间，细胞肌肉也被激活。

UlQu Schwarz是BioQuant中心的研究员，也是海德堡大学理论物理研究所的研究员，他一直致力于测量细胞力量。“机械力在生物细胞行为中的作用长期以来一直被忽视，但在过去的二十年里，它已经成为一个快速发展的研究领域，现在称为机械生物学，”Schwarz教授表示。他的研究小组正在开发计算机算法，以根据它们在环境中产生的变形来计算细胞力。基于该信息，生成用于细胞力学的数学模型。

“为了在测量细胞产生的力方面实现高精度，必须在平坦的表面上研究细胞。然而，即使在那时，力也不能像人体一样以受控的方式产生，”Schwarz教授解释说。芝加哥Michael Glotzer教授和Margaret Gardel教授的实验研究小组得以提供帮助。他们开发了一种用光控制细胞力的新光遗传学方法。施瓦茨教授和他的研究小组的三名成员随后使用定制算法成功分析了芝加哥的数据。

他们的数学评估使研究人员获得了惊人的发现。“我们研究了不同分子在力的产生和传递中的作用，并发现一种称为zyxin的修复蛋白对这些过程至关重要，”Schwarz教授继续说道。“这表明细胞不断引起自身的机械破裂，就像在力的拉链开口一样。只有通过不断的修复，细胞才能保留对其功能非常重要的弹性。”

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