Cell添加细胞生物学重要拼图

　　

生物通报道  德累斯顿工业大学的科学家们现在为细胞生物学机制添加了另一块的拼图，他们证实生物分子力的产生是基于一种气体弹簧原理。研究结果报告在3月5日的《细胞》（Cell）杂志上。

当细胞分裂之时，它们的遗传信息以一个非常复杂的过程传递给两个子细胞。一种叫做微管（microtubules）的小型圆筒状蛋白管发挥了重要作用（延伸阅读：Nature子刊：细胞分裂的一个关键组分得以揭示 ）。在细胞分裂时它们形成纺锤体的支架，帮助了将染色体中的基因组分配给两个子细胞。除了停靠到染色体上直接拉开它们这一使命，微管还在稳定纺锤体中发挥了非常重要的作用。

为此微管在细胞的中心重叠，连接对面的纺锤体极。当细胞分裂之时，可以观察到这些重叠的微管一开始是通过马达蛋白相对滑动，然后停下来再真正分开。直到现在，科学家们也只能部分解释阻止它们运动以及停止这种滑动的机制。

与来自荷兰的科学家们合作，以Stefan Diez博士为中心的一个国际科学家小组现在证实一种众所周知的物理原理也与生物学相关：弱结合的蛋白质更愿意在重叠微管之间累积，表现的就像是在封闭容器中的分散气体粒子。这些气体粒子可以响应升高的压力缩小体积。与普通家用自行车打气筒相似，这一来自理想气体定律的简单原理也适用于弱结合蛋白，它们在微管滑动之时在重叠微管之间引起了不断增长的反压力。这造成了运动减速并停止了滑动。这一生物分子机制符合气体弹簧原理。

科学家们在实验和理论上证实了这一机制。他们还借助于光镊子成功地直接测量了产生的力。并且他们最后证实了，这些弱结合蛋白的气体样压力强大到足以补偿马达蛋白的动力，防止重叠的微管瓦解。

这不仅意味着稳定重叠微管的最细微机制被发现并得到了实验证实，并且还为细胞生物学的作用机制目录添加了一个更加普遍适用的机制。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Diffusible Crosslinkers Generate Directed Forces in Microtubule Networks

Cytoskeletal remodeling is essential to eukaryotic cell division and morphogenesis. The mechanical forces driving the restructuring are attributed to the action of molecular motors and the dynamics of cytoskeletal filaments, which both consume chemical energy. By contrast, non-enzymatic filament crosslinkers are regarded as mere friction-generating entities. Here, we experimentally demonstrate that diffusible microtubule crosslinkers of the Ase1/PRC1/Map65 family generate directed microtubule sliding when confined between partially overlapping microtubules. The Ase1-generated forces, directly measured by optical tweezers to be in the piconewton-range, were sufficient to antagonize motor-protein driven microtubule sliding. Force generation is quantitatively explained by the entropic expansion of confined Ase1 molecules diffusing within the microtubule overlaps. The thermal motion of crosslinkers is thus harnessed to generate mechanical work analogous to compressed gas propelling a piston in a cylinder. As confinement of diffusible proteins is ubiquitous in cells, the associated entropic forces are likely of importance for cellular mechanics beyond cytoskeletal networks.