科學家們第一次在細胞外重建細胞分裂

每一個生物都會從掠食者，螞蟻到面包屑，向陽光下移動。但在最基本的層面上，科學家仍在努力掌握我們自己的細胞如何建立，移動，運輸和分裂背后的物理學。

“允許有機體移動和改變形狀的機制是生命所固有的，它們都是物理學所固有的，”芝加哥大學物理學教授瑪格麗特加德爾說。“盡管它們對我們對生物學的理解有多重要，但其中很多仍然知之甚少。”

Gardel領導了一項創(chuàng)新的研究，該研究首次重建細胞分裂機制 - 在細胞外部。該實驗由博士后Kim Weirich領導，于5月21日在“ 美國國家科學院院刊”上發(fā)表，幫助科學家了解細胞開展日常活動的物理過程，并有朝一日可以帶來醫(yī)學上的突破，為新種做出創(chuàng)意。材料甚至人造細胞。

“細胞如何分裂是試圖創(chuàng)造生命的最基本方面之一，這是我們數(shù)百年來一直試圖理解的東西，”研究資深作者Gardel說，他結合了物理學和生物學來研究如何細胞自我改造。

細胞在身體中移動，但是一些最復雜的運動發(fā)生在細胞內部，因為它從一個地方運送成分和供應物，變平或膨脹，并分裂以重建自身。這種舞蹈的關鍵參與者之一是肌動蛋白，一種將自身組裝成棒和結構的蛋白質。

加德爾的團隊想要了解肌動蛋白作用背后的物理學。因此Weirich轉向了科學家對這個問題的主要方式之一：采取成分并嘗試在細胞外構建它們。

Weirich分離出肌動蛋白，看著它們形成呈杏仁狀的液滴。當Weirich添加肌球蛋白(肌肉中常見的“運動”蛋白質)時，它們會自發(fā)地發(fā)現(xiàn)液滴兩端之間的中心，并將液滴夾在兩端。

Gardel說，他們對這個過程感到非常震驚。“這沒有先例。它看起來就像驅動細胞分裂的紡錘。”

與UChicago物理學家Thomas Witten和化學家Suriyanarayanan Vaikuntanathan一起工??作，博士后研究員Kinjal Disbas模仿了物理學。

當在液滴中時，棒狀肌動蛋白分子喜歡平行排列以最小化沖突，形成杏仁形狀。較長的肌球蛋白分子更喜歡聚集在中心，以便它們仍能保持與肌動蛋白平行。但隨著更多的肌球蛋白聚集，它們開始粘在一起，形成有利于傾斜而不是保持平行的簇 - 因此它會捏成兩半。這是第一次詳細了解一個細胞如何完成這項任務。

Gardel說，觀察這個過程 - 生物如何利用液滴的結構來形成更多的生命 - 不僅令人著迷，而且非常有用。雖然蛋白質的類型在細胞分裂方面不同，但基本原理可能類似。“這是你需要知道的事情，想象為傷口建造像人造組織這樣的東西，”她說。

“最終，生物學中的大量問題是關于分子的合奏是如何協(xié)同作用的，”她說，“因為這些通常是內部發(fā)生化學反應的材料，所以它們很難建模。這類研究允許我們有機會探索發(fā)揮作用的基本原則。“