综述:核凝聚体的力学调控与活动

【字体: 时间:2025年10月09日 来源:Biophysical Journal 3.1

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  本综述深入探讨了细胞核在迁移、渗透压调节及发育过程中受力学影响的核心机制,重点分析了无膜细胞器——生物分子凝聚体(Biomolecular Condensates)在力化学调控下的相分离行为,并展望其在细胞力学响应与功能调控中的新兴作用,为相关疾病机制研究提供新视角。

  

力学与细胞核内的生物分子凝聚体

细胞核在多种基本生物过程中持续受到力学作用,例如受限细胞迁移、渗透压调节以及发育过程中组织层面的大尺度应力。生物分子凝聚体作为一类无膜包被的亚细胞结构,对外部力学扰动具有响应性,这一特性早在二十年前对生殖系p-颗粒(p-granules)的研究中就已观察到。然而,细胞所受的外部力量如何影响亚细胞层次的生理性凝聚过程,以及凝聚体自身如何表现出机械活性,仍是当前新兴的研究方向。

力化学调控与相分离

近年来的研究逐步揭示了相分离事件在力化学调控方面的分子机制。生物分子凝聚体(包括核仁、 Cajal 小体、组蛋白基因座体等)通过液-液相分离(Liquid-Liquid Phase Separation, LLPS)形成,其动态组装受到机械信号的直接调控。例如,核膜受到的拉伸应力可改变凝聚体的组成和物性,进而影响染色质组织与基因转录。某些核内凝聚体(如异染色质区域)在受力后发生构象变化,导致转录抑制或激活,这一过程涉及多种蛋白(如核纤层蛋白、黏连蛋白复合物)与核酸的相互作用。

凝聚体的机械活性与功能

凝聚体不仅被动响应外力,还能主动参与细胞力学过程的调控。例如,在细胞迁移过程中,核内应激诱导的凝聚体重组可增强细胞对外部环境的适应能力;在发育过程中,组织层面的机械应力通过影响凝聚状态调控细胞分化与形态发生。这类“机械活性”行为依赖于凝聚体组分的固有特性(如蛋白质的内在无序区)及其与细胞骨架网络的耦合。

开放性问题与未来方向

目前研究尚不清楚生物分子凝聚体在力传导中的具体分子通路及其与疾病(如癌症转移、神经退行性疾病)的关联。未来需进一步探索力学信号如何精确调控相分离动力学,以及凝聚体失衡如何导致病理状态(如核纤层病、肌营养不良症)。此外,开发新型技术以实时观测亚细胞尺度下的力学-化学生物学响应,也将推动该领域的突破。
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