细胞是生命的基本组成部分，在我们体内不断受到各种机械力的影响。这些力量可能来自内部和外部，在调节细胞迁移、分化和组织发育等过程中起着至关重要的作用。
作为一个研究团队，我们被细胞的复杂运作所吸引，我们一直被细胞如何感知和响应这些机械刺激的基本问题所驱动。在《自然通讯》上发表的一项研究中，我们来自北卡罗来纳大学教堂山分校、杜克大学和宾夕法尼亚州立医学院的合作团队揭示了在揭示分子机制方面取得的重大进展，这些机制使细胞能够解释并对它们遇到的机械力做出反应。
繁华都市的细胞
想象一个细胞是一个熙熙攘攘的城市，蛋白质是维持城市运转的工人。就像一个城市必须适应自然的力量，比如风和雨，细胞必须适应它们在我们体内所经历的机械力。这些力量可以来自不同的方向，在细胞迁移、组织发育和伤口愈合等过程中起着至关重要的作用。
我们的研究集中在一种叫做血管蛋白的蛋白质上，它是细胞内部骨架（细胞骨架）和外部环境之间的关键连接器。我们使用了计算建模、蛋白质工程和先进成像技术的强大组合来研究血管蛋白如何感知和响应定向力。
为了更好地理解vinculin在定向力传感中的作用，考虑一个使用弹簧模型的dock-lock-latch机制。想象一艘船（代表肌动蛋白）靠近一个码头（代表血管蛋白），上面有一个弹簧闩锁。当船从一个方向进入时，它压缩弹簧，使门闩啮合并固定船。然而，如果船从相反的方向靠近，弹簧就不会以正确的方式压缩，门闩就不会啮合。
类似地，血管蛋白的作用类似于这种定向锁存机制。当力在一个特定的方向上施加时，血管蛋白与肌动蛋白丝形成更强的结合，就像固定船的门闩一样。然而，当力来自其他方向时，这些强化的相互作用就不会发生，就像如果船从错误的方向靠近，门闩就不会起作用一样。
这种定向力感知能力使细胞能够区分和响应来自不同方向的机械力，这对于细胞迁移和组织发育等过程至关重要。
发现DAFS残基
通过我们的创新方法，我们发现了血管蛋白中特定的氨基酸残基与肌动蛋白丝（细胞骨架的主要结构成分）形成定向不对称力增强（DAFS）相互作用。这些DAFS残基就像微小的传感器，允许血管蛋白检测并对施加在不同方向的力做出反应。
为了验证我们的发现，我们创造了缺乏这些DAFS残基的血管蛋白变体，并研究了它们对细胞行为的影响。值得注意的是，表达这些修饰的血管蛋白的细胞表现出局灶黏附（细胞的锚点）和肌动蛋白细胞骨架之间的协调受损，导致机械负荷分布的缺陷和细胞定向迁移的能力。
我们工作的意义超出了基础科学。通过了解细胞如何在分子水平上感知和响应定向力，我们可以对组织工程等过程获得有价值的见解，在这些过程中，对细胞行为的精确控制至关重要。此外，我们的发现可能揭示癌症等疾病背后的机制，其中机械力在肿瘤进展和转移中发挥作用。
潜在的应用和未来的方向
随着我们继续探索细胞机械转导的复杂世界，我们对我们研究的潜在应用感到兴奋。通过利用计算建模和实验生物学的力量，我们可以开发新的方法来操纵细胞行为，并为各种疾病创造创新的治疗方法。
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我们的研究为细胞中定向力传感的分子基础提供了新的见解，突出了vinculin及其DAFS残基的关键作用。随着我们不断突破知识的界限，我们乐观地认为，我们的发现将有助于开发控制细胞行为的新策略，并最终改善人类健康。
这项研究只是我们揭开细胞如何与其机械环境相互作用的秘密的旅程的开始。我期待着与我在该领域的同事进一步合作，因为我们努力更深入地了解这些基本的生物过程。
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Mohammad Ashhar I. Khan博士是北卡罗来纳大学教堂山分校的研究助理，专攻蛋白质生物化学、生物物理学和细胞生物学。在生物制剂研究方面拥有超过七年的丰富实践经验，他的工作重点是阐明细胞粘附蛋白在细胞力学和疾病过程中的作用。他拥有印度理工学院蛋白质生物化学和生物物理学博士学位，并在高影响力期刊上发表过文章，包括《自然通讯》和《美国化学学会杂志》。Khan博士在蛋白质-蛋白质相互作用和细胞机械转导方面的创新研究为我们对基本生物过程的理解做出了重大贡献，并为从癌症研究到再生医学等领域的进步带来了希望。
