PNAS：首次揭示了细胞自我修复的分子机制！

近日，一篇刊登在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上题为“Evolutionarily diverse LIM domain-containing proteins bind stressed actin filaments through a conserved mechanism”的研究报告中，来自芝加哥大学等机构的科学家们通过研究首次揭示了细胞中自我修复的分子机制。

研究者表示，当细胞相互碰撞时，会使其移动并摇晃，甚至有时候会引起细胞破裂。与橡皮筋拉伸过度就会发生断裂不同，过度拉伸的细胞会开启自我修复反应。目前研究人员利用显微镜就能观察到这一现象，但问题是目前他们并不清楚细胞内的修复和适应过程是如何被开启的。这项研究中，揭示了细胞内的特殊蛋白质是如何检测到驱动力量并开启修复过程的。

图片来源：Tricia Koning/OGPA/UChicago Biosciences

所有的细胞都拥有肌动蛋白细胞骨架，即一种丝状蛋白网络，其对细胞的迁移、生长、伸展等过程都至关重要。此前研究人员观察到，细胞中名为Zyxin的蛋白质能够移动到这些拉伸的肌动蛋白结构中，但并不清楚其是如何发挥作用的，也不知道这种蛋白的功能到底有多广泛。

研究者发现，包括Zyxin和单细胞裂殖酵母蛋白paxillin在内的动物蛋白能够检测肌动蛋白细胞骨架中受压的材料。当在实验室中施加机械力后，这些蛋白质会立即聚集在其需要修复的地方周围，并能与肌动蛋白丝的拉伸构象直接结合。

研究者表示，记录这些蛋白质的行为过程才能够开发出完美的检测手段，并利用纯化的组分在细胞外部成功重现其自我修复的过程。利用计算机程序，研究人员就能梳理出人类基因组的特性，并从中分离到可能参与了上述过程的特殊蛋白。

研究者发现，被称为LIM蛋白质结构域家族就在基因组中出现了70多次，这就表明，其或许与人类进化密切相关。随后在实验室中，研究人员利用激光作为一种人工方法来模拟诸如拉伸等驱动力对细胞所造成的损伤，此外他们还在每一个LIM蛋白上添加了荧光标签，并用高倍显微镜来观察细胞的修复过程。

研究者发现，一旦细胞发生破裂，人类基因组中编码的70多种LIM结构域蛋白就会快速响应并检测损伤，随后聚集到患处。显然，LIM的驱动力敏感性是广泛存在的，同时还能够通过进化被复制并粘贴到多种蛋白质中。

研究者Winkelman表示，目前我们正在含有成千上万种不同类型蛋白质的高度复杂细胞中分析这类蛋白所产生的检测和修复反应，然而为了真正理解该过程，我们还需要纯化必要的组分并在细胞外重建整个过程。随后研究人员利用了一种名为“全内反射荧光显微镜”的技术和一个复杂的过程创建了其所需要蛋白质的纯化样本，而这在以前是他们从未进行过的。

研究者表示，我们能在酵母和哺乳动物细胞中观察到了LIM所接到的力量感应效应，这就表明其是一种受进化保护和传播的古老功能，这种高度保守的机制似乎能被其它过程用来感知细胞中的驱动力。

通过LIM结构域所介导的细胞驱动力感应机制或许能指导除了细胞修复外的其它多种细胞过程，比如控制细胞增殖、细胞迁移以及需要研究人员更深入探讨的多样化信号通路。

参考资料：

【1】Jonathan D. Winkelman et al. Evolutionarily diverse LIM domain-containing proteins bind stressed actin filaments through a conserved mechanism， Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI：10.1101/2020.03.06.980649

【2】For the first time， scientists demonstrate self-repair mechanism in cells

by Maureen McMahon， University of Chicago