人體正常細(xì)胞分裂的過程非常簡單：響應(yīng)信號(例如傷口)開始分裂，并在產(chǎn)生足夠的細(xì)胞并且皮膚愈合時停止。但是癌細(xì)胞忽略了停車標(biāo)志。它們迅速生長和傳播，即使在狹窄的地方也能繁殖。

與在一大群人中穿行類似，在密集的組織中移動并非易事。任何正常細(xì)胞都會在此過程中死亡，但許多癌細(xì)胞都有一種籠狀蛋白質(zhì)，可以幫助它們保護(hù)細(xì)胞核和 DNA。這種稱為波形蛋白的蛋白質(zhì)通常在細(xì)胞運(yùn)動過程中以中間絲(細(xì)胞的三個結(jié)構(gòu)元素之一)表達(dá)。現(xiàn)在，藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的研究人員正在發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于這種蛋白質(zhì)的信息，它最終可能有助于癌癥治療或傷口愈合。

過去，波形蛋白的作用在很大程度上仍不清楚，但該學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出首批模型之一，該模型捕捉了受限細(xì)胞運(yùn)動的動態(tài)，并展示了波形蛋白如何在遷移過程中幫助保護(hù)細(xì)胞核。該團(tuán)隊(duì)包括主要作者、物理學(xué)研究生Sarthak Gupta ;艾莉森·帕特森，物理學(xué)助理教授;和物理學(xué)教授詹妮弗·施瓦茨最近在《新物理學(xué)雜志》上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。他們的模型揭示了一種蛋白質(zhì)的功能，這種蛋白質(zhì)是癌癥生長的主要參與者，他們的結(jié)果有朝一日可以幫助研究人員確定阻止癌癥擴(kuò)散的更好方法。

細(xì)胞遷移是有助于構(gòu)建和維持組織的基本過程。在傷口愈合和癌癥轉(zhuǎn)移期間，這是已知細(xì)胞在移動的兩種情況，它們依賴于細(xì)胞骨架(稱為細(xì)胞骨架)來提供保護(hù)和產(chǎn)生力量。細(xì)胞骨架由蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)組成，當(dāng)細(xì)胞決定它們想要旅行時，通常會出現(xiàn)一種特別是波形蛋白。

“當(dāng)細(xì)胞靜止時，眾所周知，波形蛋白的表達(dá)非常少，”古普塔說。“相反，當(dāng)細(xì)胞遷移時，這種蛋白質(zhì)的表達(dá)就會增加。”

在 Patteson 的實(shí)驗(yàn)室中，研究人員一直在重建細(xì)胞在遷移過程中所經(jīng)歷的過程，以觀察波形蛋白在該過程中的作用。通過通過膠原凝膠上的狹窄微通道擠壓含有和不含有波形蛋白的細(xì)胞，它們在 3D 中模擬細(xì)胞通過真實(shí)組織中的小孔的方式。在他們的觀察中，他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞骨架中波形蛋白的存在對于在 3D 空間中移動的細(xì)胞的存活至關(guān)重要，這是研究人員以前無法使用玻璃或塑料上的傳統(tǒng)二維實(shí)驗(yàn)檢測到的。

利用 Patteson 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Gupta 和 Schwarz 開發(fā)了一個模型，該模型可以捕捉波形蛋白對細(xì)胞的細(xì)胞骨架和細(xì)胞核的影響。該模型使團(tuán)隊(duì)能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞產(chǎn)生的力和細(xì)胞核的剛度，為帕特森的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)提供視覺證據(jù)。

“沒有波形蛋白，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞非常柔軟，細(xì)胞核在移動時會變形，”古普塔說。“在波形蛋白的模擬中，細(xì)胞更能抵抗變形，細(xì)胞核內(nèi)部及其DNA受到保護(hù)。”

通過了解波形蛋白在癌細(xì)胞在體內(nèi)擴(kuò)散時保護(hù)它們的作用，帕特森說，他們的研究可以幫助確定可能減緩其生長的藥物。

“理論上，用靶向波形蛋白的藥物治療癌癥可能是一種選擇，”帕特森說。“通過靶向波形蛋白，細(xì)胞將無法有效地從一個地方移動到另一個地方，從而阻止癌癥在其軌道上擴(kuò)散。”

該團(tuán)隊(duì)表示，另一種可能的應(yīng)用可能是傷口愈合，其中可以施用刺激波形蛋白表達(dá)的藥物以加速細(xì)胞向傷口區(qū)域的移動，從而從根本上加速組織恢復(fù)過程。