科学家解析了细胞融合的秘密

多条肌动蛋白微丝（洋红色）围绕着动态的发动蛋白螺旋聚合物（彩虹色）。

许多细胞在完成自身的基本功能时，会形成伪足，侵入其它细胞的领地，并与之融合。例如，肌肉细胞会相互融合，形成肌肉纤维发挥作用。然而在这个过程中，细胞伪足是如何形成的还不为人知。

近日，来自美国德克萨斯大学西南分校的科学家们在《自然·细胞生物学》网站上发表论文，概述了细胞融合过程中伪足形成的机制，并重点阐释了肌动蛋白（actin）和发动蛋白（dynamin）之间的相互作用。这一发现帮助我们进一步理解了细胞融合的过程，并可能有助于开发针对罕见肌肉疾病的新疗法。

“细胞融合包括三个主要步骤。”该研究的领导者Elizabeth Chen博士解释道，“首先，粘附分子将细胞膜聚集到一起，但细胞之间仍有空隙；接下来，一个细胞伸出手指状的伪足，侵入另一个细胞；最后，融合蛋白使细胞膜更加接近并最终融合。”

Chen说，之前的研究已经表明，actin在形成伪足中起着关键作用。然而，actin形成的丝状聚合物，也就是actin微丝，非常细软，直径只有7 nm。那这些纤细的微丝是如何变得足够坚硬，从而推动入侵其他细胞的伪足形成呢？

为了解决这个问题，Chen等人研究了actin和dynamin的相互作用。在这项研究中，研究人员以果蝇的肌肉细胞为模型系统，观察了胚胎中肌肉细胞的融合。结果发现，如果没有dynamin，这些细胞不仅不能融合，也不能形成正常的伪足，这表明dynamin在这一过程中起着关键作用。

然后，研究人员使用显微镜进一步观察了纯化后的dynamin和actin在等比例混合时是如何互作的。他们发现，当多个dynamin分子聚集在一起时会形成螺旋结构，actin微丝会与dynamin螺旋的外缘结合，按一定的间隔排列成束，每个螺旋最多可捕获16条微丝。

虽然这个实验表明dynamin有能力捕获并保持多条actin微丝形成更强韧的纤维束，但是装配完全的dynamin螺旋不太可能在细胞中维持很长的时间，因为细胞中有充足的能量来源分解螺旋结构。果不其然，当研究人员在dynamin-actin混合物中加入能量源时，dynamin螺旋确实分解了，但并不是同步的。当装配完全的螺旋分解时，其他的部分仍然存在，保持着纤维束的形态，同时允许新的微丝从不受dynamin约束的区域释放出来。这样一个动态过程最终导致多个相互连接的平行actin纤维束的形成，进一步提高了actin网络的机械强度。

这些实验表明，动态的actin捆绑过程是细胞形成伪足以及与其他细胞融合的关键。

虽然这项研究使用了肌肉细胞作为模型，但Chen指出，dynamin和actin的互作也可能在其他类型的细胞融合中发挥关键作用，例如破骨细胞或免疫细胞之间的融合。

细胞融合过程中的缺陷可会能导致一些罕见的疾病，如中央核性肌病。先前的研究表明，dynamin的多种突变都可以导致这种疾病。

“我们想要知道突变是如何阻碍细胞融合过程的，这可能最终会帮助我们开发针对这种疾病的新方法。”Chen说。

科界原创  编译：花花 审稿：西莫  责编：张梦

期刊来源：《自然·细胞生物学》

期刊编号：1465-7392

原文链接：

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