综述:核凝聚体的力学调控与活性

【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内生物分子凝聚体(Biomolecular Condensates)在力学刺激下的动态响应与功能调控机制,重点分析了相分离(Phase Separation)在机械信号转导中的作用,并展望了其在细胞力学(Cell Mechanics)与发育(Development)等领域的前沿研究方向。

  

力学刺激与核凝聚体的动态响应

细胞核在多种生物学过程中持续承受力学作用,例如细胞迁移时的空间限制、渗透压调节(Osmoregulation)以及发育过程中组织层面的应力传递。生物分子凝聚体(Biomolecular Condensates)作为一类无膜包被的亚细胞结构,能够响应外部力学扰动。早在二十年前,对生殖系p-颗粒(p-granules)的研究已揭示其对外力刺激的敏感性。然而,细胞外部力如何影响亚细胞水平的生理性凝聚过程,以及凝聚体自身如何发挥机械活性,仍是新兴的研究领域。

核内相分离的力学化学调控机制

近期研究聚焦于细胞核内相分离(Phase Separation)事件的力学化学调控(Mechanochemical Regulation)。核凝聚体(如核仁、核 speckles 和染色质相关凝聚体)通过液-液相分离(Liquid-Liquid Phase Separation, LLPS)形成,其动力学行为受机械应力调控。例如,核膜张力或细胞外基质刚度变化可改变凝聚体的组成、尺寸和流动性,进而影响基因转录、染色质构象和DNA损伤修复等核心功能。

凝聚体的机械活性与功能输出

凝聚体不仅是力学信号的被动响应者,也可能主动参与细胞力学过程。某些蛋白质(如核纤层蛋白Lamin A/C)通过相分离形成的凝聚体可调节核刚度,抵抗外部变形;而RNA-蛋白质复合物(如应激颗粒)则在细胞迁移中通过动态相变协调细胞适应性。这种双向力学对话为理解发育、癌症转移和神经退行性疾病(如肌萎缩侧索硬化症ALS)中凝聚体异常提供了新视角。

前沿问题与未来方向

当前研究尚需深入解析力学信号如何精确调控凝聚体的分子组成与相变阈值,以及异常力学环境是否直接导致病理凝聚(如核内蛋白聚集)。多学科交叉技术(如光镊、微流控和活细胞成像)将推动该领域发展,最终为靶向相分离的疾病治疗策略奠定基础。
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