洛桑大學(xué)馬丁實驗室的實驗生物學(xué)家在教員索菲·馬丁 (Sophie Martin) 的帶領(lǐng)下，利用光來激活轉(zhuǎn)基因裂變酵母細胞內(nèi)的過程是其中一項研究。那里的團隊成員在進行這樣的實驗時注意到，當(dāng)某種蛋白質(zhì)被引入細胞時，會從細胞生長區(qū)域中轉(zhuǎn)移出來。因此，他們聯(lián)系了利哈伊大學(xué)物理系 Vavylonis 小組的負(fù)責(zé)人Dimitrios Vavylonis，以找出原因。
“我們繼續(xù)進行計算模擬，將細胞膜‘生長’與蛋白質(zhì)運動結(jié)合起來，并對我們在與他們討論后考慮的其他一些假設(shè)進行建模，”理論物理學(xué)家 Vavylonis 說。
這種多學(xué)科合作結(jié)合建模和實驗來描述以前未知的生物過程。研究小組發(fā)現(xiàn)并描述了一種簡單的酵母細胞用來獲得其形狀的新機制。他們在最新一期《科學(xué)進展》(DOI: 10.1126/sciadv.abg6718)的一篇名為“分泌誘導(dǎo)的質(zhì)膜流動的細胞模式”的論文中描述了這些結(jié)果。
Vavylonis 說，當(dāng)細胞移動或生長時，它們必須向這些生長區(qū)域添加新的膜。膜傳遞的過程稱為胞吐作用。細胞還必須將這種膜輸送到特定位置，以保持方向感——稱為“極化”——或以協(xié)調(diào)的方式生長。
“我們證明這些過程是相互關(guān)聯(lián)的：局部過量的胞吐作用導(dǎo)致一些附著在膜上的蛋白質(zhì)移動('流動')離開生長區(qū)域，”Vavylonis 說。“這些移開的蛋白質(zhì)標(biāo)記了非生長的細胞區(qū)域，從而建立了一種自我維持的模式，從而產(chǎn)生了這些酵母細胞的管狀形狀。”
這是首次發(fā)現(xiàn)這種細胞圖案形成機制——細胞在其表面獲得空間不均勻性的過程。
Vavylonis 團隊的模擬由博士后助理David Rutkowski帶頭，導(dǎo)致了 Martin 小組隨后進行的實驗測試。Vavylonis 和 Rutkowski 分析了實驗結(jié)果，以確認(rèn)他們在模擬中注意到的蛋白質(zhì)分布與從活細胞實驗中收集的數(shù)據(jù)相匹配。
該團隊表示，這項工作可能對研究與細胞生長和膜運輸相關(guān)過程的研究人員特別感興趣，例如神經(jīng)生物學(xué)家和研究癌細胞過程的研究人員。
“我們的工作表明，生物系統(tǒng)中的模式通常不是靜態(tài)的，”Rutkowski 說。“模式通過涉及連續(xù)流動和周轉(zhuǎn)的物理過程建立起來。”
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