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就像植绒鸟类和浅滩鱼类的现象一样，细胞表面的分子舞蹈长期以来一直令理论家，物理学家和生物学家着迷。然而，与鸟类和鱼类行为不同，细胞表面动态不易被观察和研究。但是，了解这些过程非常重要，因为它们对于细胞获取有关其环境和响应的信息至关重要。那么如何理解控制分子运动的规则呢?通过从头开始重建细胞表面，也许?现在，来自班加罗尔国家生物科学中心(NCBS)的科学家们已经设法做到了这一点 - 从其组成部分构建简化的细胞表面，即脂肪和蛋白质的混合物。
细胞表面的分子运动众所周知，它是非随机的，非常复杂，并且似乎不遵循简单的热力学规则。直到最近，很少有实验工具可用于研究这些现象，以真正了解细胞表面的功能。随着新的实验系统的发展，这一系统已经由来自加州大学旧金山分校(UCSF)的Satyajit Mayor教授的实验生物学家和来自加州大学旧金山分校(UCSF)的科学家和来自NCBS的Madan Rao教授的理论物理学家的密切合作开发出来。和RRI(拉曼研究所)。实验系统是由其基本成分构成的细胞表面的最小模型 - 已知纯化的脂肪和蛋白质是细胞表面的一部分。这个工具可能是了解活细胞表面如何工作的关键。
“这只是一个开始，但却很重要，”Satyajit Mayor教授说。“重要的是因为它允许人们测试来自理论的想法，为活细胞表面的活跃组织提供解释。这是一个令人兴奋的开始，因为这个简单的最小系统的可行性为探索世界开辟了巨大的可能性在试管系统中的活细胞，每个元素都在我们的控制之下。这项工作的灵感来自于“我们理解我们应该能够建立的”这句格言，这就是试图理解生活材料背后的原理，细胞表面起作用，“他补充道。
细胞表面的“活性复合模型”是试图解释细胞表面分子行为的最新理论之一。该模型不仅可以将细胞表面视为细胞膜，而且可视化为两种元素的融合 - 细胞膜由脂肪和蛋白质“肌动蛋白”的交织网构成，在细胞膜下方形成薄层。另一种蛋白质，与肌动蛋白相互作用的“肌球蛋白”，表现得像分子运动，并在供给能量时在肌动蛋白网络中产生运动。许多细胞表面蛋白质的运动困扰着科学家，它们通常与位于细胞膜下方的动态肌动蛋白网络有关。
正如活性复合模型所提出的，研究人员决定将细胞表面重建为脂肪膜和肌动蛋白网络的组合。因此，使用脂肪双层，肌动蛋白和荧光蛋白构建该人造细胞表面，所述脂双层，肌动蛋白和荧光蛋白特别设计为嵌入膜中，同时还与肌动蛋白连接。使用各种显微技术，该小组能够通过荧光蛋白形成的模式研究构建体的行为。正如“活性复合模型”所预测的，发现肌动蛋白结合荧光蛋白的动力学依赖于肌动蛋白网络的动力学。当加入分子马达肌球蛋白并提供化学能时，肌动蛋白 - 肌球蛋白相互作用产生的力驱动这些蛋白质的运动。
“活跃或能量消耗过程在理解生物现象中的重要性正在变得越来越明显。这是一个新兴的生物学领域，称为”主动力学“。通常，新兴的生物分子组织尚不清楚，对此类理论的解释也是如此。观察结果还远未完成。这使得拥有与理论密切相关的适当实验工具以测试和提高我们对此类系统的理解非常重要。我们目前的研究描述了创建一个能够为我们服务的实验系统， “该研究的主要作者DariusKöster说，该研究发表在领先的期刊PNAS(美利坚合众国自然科学院院刊)上。
“这项工作背后的动机是分析影响细胞表面分子动力学和组织的机制，”本研究的另一位作者Kabir Husain说。细胞生长，分裂，免疫识别等许多过程依赖于细胞表面蛋白质受体和其他相关分子的组织。这意味着细胞能够可靠地控制其表面分子的组织，这对其生存和功能至关重要。通过在试管中重建细胞表面，科学家们在比赛中获得了坚实的实验基础，以理解细胞表面组织的机制。
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