线粒体来源的核ATP激增保护细胞免受机械限制诱导的增殖缺陷

这项研究揭示了机械限制如何通过线粒体-核重定位触发ATP激增，从而维持细胞增殖能力。研究人员发现急性机械限制会诱导线粒体在核周积累(NAM)，形成由内质网-肌动蛋白网络介导的多细胞器结构重组，导致核ATP水平升高。这种ATP激增通过调节染色质可及性促进DNA损伤修复，保障S期进程，为理解肿瘤微环境中细胞适应机械压力的机制提供了新见解。

　　

在肿瘤发展和转移过程中，癌细胞需要应对各种机械压力，如组织浸润时的空间限制。这些机械约束会导致细胞变形、核膜损伤和DNA断裂，但令人惊奇的是，癌细胞仍能保持增殖能力。这种看似矛盾的现象背后隐藏着怎样的细胞适应机制？来自Centre for Genomic Regulation(CRG，西班牙巴塞罗那科学与技术研究院基因组调控中心)的Ritobrata Ghose和Fabio Pezzano等研究人员在《Nature Communications》发表的研究，揭示了细胞应对机械压力的精妙代谢适应机制。

研究人员采用定量活细胞显微术结合亚细胞蛋白质组学分析，发现急性机械限制会在15分钟内诱导线粒体向核周聚集(NAM)，形成由内质网(ER)网络和肌动蛋白细胞骨架协同调控的多细胞器结构重组。通过FRET(荧光共振能量转移)ATP传感器和ATAC-Seq(转座酶可及染色质测序)等技术，证实这种空间重组导致核ATP水平激增，进而调控染色质状态和DNA损伤修复效率。研究还利用乳腺癌组织微阵列验证了该现象在患者肿瘤侵袭前沿的生理相关性。

线粒体在核周富集驱动核形态改变
蛋白质组学分析显示，机械限制细胞的核组分中线粒体蛋白显著富集。高分辨率成像证实线粒体在核凹陷处聚集，形成"甜甜圈"或"豆形"核形态。这种核-线粒体关联(NAM)在多种癌细胞系中保守存在，在患者肿瘤侵袭前沿的出现频率(5.4%)显著高于瘤体内部(1.8%)。

肌动蛋白和线粒体动力学调控NAM形成
药物抑制实验表明，肌动蛋白聚合抑制剂Latrunculin A和formin抑制剂SMIFH2可阻断NAM形成，而微管解聚剂Nocodazole则增强该现象。线粒体融合蛋白MFN1敲除导致NAM减少，而裂变蛋白FIS1敲除则增加NAM，提示线粒体网络状态决定其核周定位能力。ER成像显示其与线粒体形成交织网络，在限制条件下发生"固定化"。

NAM介导核ATP激增
FRET检测发现限制15分钟内核ATP水平显著升高，该效应可被ATP合成酶抑制剂Oligomycin A和线粒体解偶联剂BAM15阻断。值得注意的是，丙酮酸处理可绕过线粒体ATP合成抑制，恢复核ATP水平。线粒体形态改变直接影响ATP激增幅度，FIS1敲除细胞显示更强的ATP增加。

核ATP调控染色质状态
空间图像分析显示，缺乏ATP激增时染色质压缩程度增加。Western blot检测发现ATP抑制导致H3K27me3(组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化)增加。CENPA-GFP标记显示ATP缺失破坏着丝粒在核仁周边的定位。ATAC-Seq分析证实ATP激增维持了与肌动蛋白重塑和细胞周期相关基因的染色质可及性。

ATP激增保障DNA修复和细胞周期进展
53BP1(肿瘤抑制蛋白p53结合蛋白1)标记显示，ATP抑制会延迟DNA损伤灶形成，但在解除限制3小时后出现修复缺陷。FUCCI(荧光泛素化细胞周期指示器)系统追踪发现，ATP抑制主要阻碍S期进程，导致36小时后仍有4倍多的细胞滞留该期。

这项研究首次阐明机械限制通过多细胞器重组触发核代谢重编程的完整通路：ER-肌动蛋白网络引导线粒体核周聚集→局部ATP激增→染色质松弛→DNA修复效率提升→细胞周期顺利进行。这一"机械-代谢"适应机制不仅解释了肿瘤细胞在严苛微环境中的生存策略，也为靶向肿瘤代谢-力学交叉调控提供了新思路。特别值得注意的是，该研究发现短暂的机械刺激(分钟级)即可产生持久的代谢记忆效应(小时至天)，这种时间尺度跨越的调控模式为理解细胞机械感知的长期影响开辟了新视角。