洛桑大學(xué)馬丁實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)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(xì)胞內(nèi)的過程是其中一項(xiàng)研究。那里的團(tuán)隊(duì)成員在進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)注意到，當(dāng)某種蛋白質(zhì)被引入細(xì)胞時(shí)，會(huì)從細(xì)胞生長(zhǎng)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(jìn)行計(jì)算模擬，將細(xì)胞膜‘生長(zhǎng)’與蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，并對(duì)我們?cè)谂c他們討論后考慮的其他一些假設(shè)進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)單的酵母細(xì)胞用來獲得其形狀的新機(jī)制。他們?cè)谧钚乱黄凇犊茖W(xué)進(jìn)展》(DOI: 10.1126/sciadv.abg6718)的一篇名為“分泌誘導(dǎo)的質(zhì)膜流動(dòng)的細(xì)胞模式”的論文中描述了這些結(jié)果。
Vavylonis 說，當(dāng)細(xì)胞移動(dòng)或生長(zhǎng)時(shí)，它們必須向這些生長(zhǎng)區(qū)域添加新的膜。膜傳遞的過程稱為胞吐作用。細(xì)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(zhǎng)。
“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(dòng)('流動(dòng)')離開生長(zhǎng)區(qū)域，”Vavylonis 說。“這些移開的蛋白質(zhì)標(biāo)記了非生長(zhǎng)的細(xì)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(xì)胞的管狀形狀。”
這是首次發(fā)現(xiàn)這種細(xì)胞圖案形成機(jī)制——細(xì)胞在其表面獲得空間不均勻性的過程。
Vavylonis 團(tuán)隊(duì)的模擬由博士后助理David Rutkowski帶頭，導(dǎo)致了 Martin 小組隨后進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。Vavylonis 和 Rutkowski 分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以確認(rèn)他們?cè)谀M中注意到的蛋白質(zhì)分布與從活細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中收集的數(shù)據(jù)相匹配。
該團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)工作可能對(duì)研究與細(xì)胞生長(zhǎng)和膜運(yùn)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(xì)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(dòng)和周轉(zhuǎn)的物理過程建立起來。”
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