Nature 線粒體機械轉(zhuǎn)導(dǎo)：細胞感知與響應(yīng)機械力的新視角

更新時間：2025-01-03 點擊次數(shù)：923

在自然界中，細胞不斷地與其所處環(huán)境的物理屬性進行互動。這些物理屬性，包括硬度、張力和空間限制，對細胞行為和命運產(chǎn)生深遠影響。近年來，機械轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域的研究揭示了細胞如何通過感知和響應(yīng)這些機械信號來調(diào)節(jié)其生物學(xué)功能，包括增殖、分化和代謝。其中，線粒體作為細胞內(nèi)的能量工廠和代謝中心，其動態(tài)變化與細胞對機械刺激的響應(yīng)密切相關(guān)。

這篇文章的核心內(nèi)容是關(guān)于細胞如何通過線粒體機械轉(zhuǎn)導(dǎo)（Mitochondrial mechanotransduction, MIME）來響應(yīng)外部力和組織微環(huán)境的機械屬性。以下是文章的主要發(fā)現(xiàn)和結(jié)論：

線粒體形態(tài)變化與力的關(guān)聯(lián)：研究發(fā)現(xiàn)，細胞外基質(zhì)的硬度、空間限制和施加的力（包括小鼠皮膚的拉伸）可以調(diào)節(jié)線粒體的動態(tài)。特別是，當(dāng)細胞周圍的肌動蛋白張力增加時，線粒體會伸長；而當(dāng)張力減小時，線粒體會分裂。

Nature 線粒體機械轉(zhuǎn)導(dǎo)：細胞感知與響應(yīng)機械力的新視角

圖1:力誘導(dǎo)線粒體延長。

MIEF1的角色：線粒體延伸因子1（MIEF1）的磷酸化狀態(tài)調(diào)節(jié)了線粒體的分裂，從而影響了線粒體形態(tài)。高肌動蛋白張力通過促進MIEF1的磷酸化來限制線粒體分裂。

DRP1的調(diào)控作用：研究發(fā)現(xiàn)，Dynamin-related protein 1（DRP1）在線粒體分裂中起著關(guān)鍵作用，并且DRP1的活性受到肌動蛋白張力的調(diào)控。DRP1的抑制或激活影響線粒體形態(tài)，進而影響細胞功能。

圖2:需要DRP1來調(diào)控SREBP1/2和脂肪生成。

圖3:對于YAP/TAZ的機械調(diào)節(jié)、增殖和細胞的轉(zhuǎn)歸,都需要DPR1。

轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控：線粒體分裂通過調(diào)節(jié)三個轉(zhuǎn)錄因子——YAP/TAZ、SREBP1/2和NRF2——來控制細胞增殖、脂肪生成、抗氧化代謝、化療抗性和脂肪細胞分化等細胞行為。

MIME的生物學(xué)意義：MIME作為一種統(tǒng)一的信號傳遞機制，協(xié)調(diào)細胞功能以適應(yīng)組織規(guī)模的架構(gòu)和機械屬性。這一過程在小鼠肝臟中也有所體現(xiàn)，其中DRP1調(diào)節(jié)肝細胞的增殖和身份，這是YAP依賴的表型。

圖4:MIME的一般工作原理。

實驗方法：研究使用了多種實驗方法，包括細胞培養(yǎng)、基因敲除、藥物抑制、免疫熒光染色、流式細胞術(shù)、生存率測定、EdU摻入實驗、定量PCR、免疫印跡和蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析等。

研究意義：這項研究揭示了細胞如何通過線粒體感知和響應(yīng)機械力，為理解細胞行為的調(diào)控機制提供了新的視角，并可能對疾病狀態(tài)下的細胞功能失調(diào)有更深入的理解。