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骨骼是什么骨骼，细胞骨架是细胞。细胞骨架维持细胞结构，构建鞭毛等附属物，并与运动蛋白一起为细胞运动，运输和分裂提供动力。微管是细胞骨架的关键组成部分，对于细胞分裂至关重要，因此，它是化疗药物的优秀靶标。
微管可以自发地自组织，从许多单个组件转变成一个能够执行特定任务的大型细胞结构。想想变形金刚。然而，他们如何做到这一点仍然不清楚。
现在，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员观察了微管和运动蛋白如何组装成宏观网络。他们的观察结果提供了对细胞骨架自组织的更好理解，这可能反过来导致更好的药物设计和可以模仿细胞行为的新材料。
该研究最近发表在eLife杂志上。
纺锤体是细胞结构，其在细胞分裂中起重要作用，分离染色体并将复制的DNA从母细胞牵拉到子细胞中。它们由微管和许多其他蛋白质组成，包括运动蛋白动力蛋白。“我们真正想要的是一个统一的主轴装配理论，”SEAS的研究生兼论文的第一作者彼得福斯特说。“我们知道运动蛋白如何与微管相互作用，但你如何从单个微管和运动蛋白转变为大型网状结构?”
为了深入了解纺锤是如何组装的，福斯特和他的团队在应用物理学和分子与细胞生物学副教授Dan Needleman的领导下，建立了一个简单的实验。他们从青蛙卵中提取细胞质，其中含有动力蛋白和制造纺锤所需的所有成分，添加荧光蛋白和化学药物紫杉醇以产生和稳定微管，并将混合物装入“世界上最简单的微流体室”。“很快，我们看到这些微管组织成自发收缩的网络，”福斯特说。“问题是为什么?”
答案不在于微管，而在于运动蛋白的行为。微管有正负两端，研究人员观察到动力蛋白从正端移动到负端。结果，运动蛋白将微管的负端拉到一起，产生称为紫苑的星状团簇。动力系统将这些小型集群驱动在一起，融合它们以创建更大，更大的网络。随着运动蛋白继续将微管堵塞在一起，网络收缩，直到它不能变小。
基于这个实验，研究人员开发了一个量化和描述这种行为的模型，不仅可以深入了解主轴装配，还可以深入了解自组织。该模型可以提供有关如何设计可以自组装或自动收缩的材料的见解，例如自捏海绵。“使用这个模型，我们可以从微观层面向大规模现象提出问题，”福斯特说。“不仅在生物学方面，而且在物质世界中都有许多分支。”
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