科學家利用顯微鏡發現了一種緻密的，動態的，無組織的肌動蛋白

很多時候我們的細胞需要移動。移動細胞指導我們身體的形成（胚胎髮育）。免疫細胞漫遊以捕獲不想要的入侵者。並且癒合細胞（成纖維細胞）遷移到修補傷口。但並非所有運動都是可取的：當癌細胞獲得遍布全身的運動能力（轉移）時，腫瘤最危險。某些細菌和病毒可以利用細胞的運動機制侵入我們的身體。了解細胞如何移動 - 以及驅動該過程的棒狀肌動蛋白絲 - 是學習如何停止或促進運動以改善人類健康的關鍵。

現在，使用世界上最強大的顯微鏡之一，來自Sanford Burnham Prebys醫學發現研究所（SBP）和北卡羅來納大學教堂山分校（UNC-Chapel Hill）的科學家們發現了一種緻密，動態和無組織的肌動蛋白絲納米支架 - - 類似大海撈針 - 是響應分子信號而誘發的。這是研究人員首次在分子水平上直觀地觀察到一種響應細胞信號而觸發的結構 - 這一重要發現擴展了我們對細胞如何運動的理解。這項研究結果發表在國家科學學院院刊美利堅合眾國（的PNAS）。

「細胞電子顯微鏡正在徹底改變我們對細胞內部運作的理解，」該論文的高級作者，SBP生物信息學和結構生物學項目教授Dorit Hanein博士說。「這項技術使我們能夠收集細胞區域的強大3D圖像 - 類似於MRI，可以創建我們身體的詳細圖像。我們能夠以自然狀態顯示細胞，從而顯示出前所未有的肌動蛋白納米 - 細胞內的構架。「

在這項研究中，科學家們使用SBP的低溫電子顯微鏡（Titan Krios），人工智慧（AI）和量身定製的計算和細胞成像方法，將小鼠成纖維細胞的納米級圖像與熒光Rac1（一種蛋白質）的時間標記光圖像進行比較。調節細胞運動，對力或應變（機械感測）和病原體入侵的反應。這種技術複雜的工作流程 - 規模達到五個數量級（數十微米到幾納米） - 需要數年才能發展到目前的穩健性和準確性水平，並且通過結構生物學家團隊的實驗和計算工作成為可能。 SBP和UNC-Chapel Hill的生物感測器團隊。

圖像顯示了由短肌動蛋白桿組成的密集，無組織，類似支架的結構。這些結構在Rac1被激活的特定區域中出現，並在Rac1信號停止時迅速消散 - 僅需2.5分鐘。這種動態支架與低Rac1激活區域中的各種其他肌動蛋白組件形成鮮明對比 - 一些由肌動蛋白長而對齊的棒組成，另一些由長肌動蛋白絲兩側分支的短肌動蛋白棒組成。包裹肌動蛋白支架的體積缺乏常見的細胞結構，例如核糖體，微管，囊泡等，可能是由於結構的密度很大。

「我們感到驚訝的是，實驗後的實驗揭示了這些與Rac1活化相關的區域中未對齊，密集的肌動蛋白棒的獨特熱點，」Niels Volkmann博士說，他是該論文的共同通訊作者，領導計算部分該研究以及SBP生物信息學和結構生物學項目教授。「我們認為這種疾病實際上是支架的強弱 - 它可以靈活地提供多功能性來構建更大，更複雜的肌動蛋白絲結構，以響應其他局部空間線索。」

接下來，科學家們希望擴展該協議，以便可視化更多為響應其他分子信號而創建的結構，並進一步開發該技術以允許進入細胞的其他區域。

「這項研究只是一個開始。現在我們開發了這種定量納米級工作流程，將動態信號傳導行為與電子低溫斷層掃描的納米級解析度相關聯，我們和其他科學家可以實施這種強大的分析工具，不僅可以破譯內部工作原理。細胞運動，但也用於闡明在不受干擾的細胞環境中許多其他大分子機器的動力學，「Hanein說。

她補充說，「肌動蛋白是一種結構蛋白;它與150多種肌動蛋白結合蛋白相互作用，產生多種結構，每種結構都具有獨特的功能。我們有多餘的不同信號，我們想要繪製，甚至可以產生更深入了解細胞如何移動。「

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