专栏名称: 生物力学仪器

力学现象对一些基本细胞进程的正常运作至关重要，力学载荷可以作为胞外信号来调节细胞功能。危及人类健康的几种主要疾病，如骨质疏松症、动脉粥样硬化和癌症等，均与力学感知或功能障碍有关。文章来源为网络搜集，如有侵权请联系15336881895谢谢

Nature Communications:分子间力生物传感器揭示核层应变状态

生物力学仪器 · 公众号 · · 2024-12-11 11:49

正文

核纤层被认为是细胞核的重要结构元件。核纤层被认为既可以保护DNA免受过度机械力的影响，又可以将机械力传递到DNA上。然而，迄今为止，还没有一种技术方法可以在蛋白质水平上直接测量核纤层上的机械力。为了克服这一限制，我们开发了一种基于纳米体的分子间张力 FRET 生物传感器，能够测量核纤层纤丝的机械应变。使用这个传感器，我们能够证明核层受到了巨大的力。这些力取决于核体积、肌动球蛋白收缩性、功能性 LINC 复合物、染色质浓缩状态、细胞周期和 EMT。有趣的是，核质核纤层蛋白上也存在巨大的力量，表明这些核纤层蛋白也可能在细胞核中具有重要的机械作用。总的来说，我们证明基于纳米体的方法可以构建用于机械生物学研究的复杂蛋白质结构的生物传感器。

这篇文章的核心内容是关于一种新型的基于纳米抗体的分子张力力距传感器（FRET biosensor）的开发，该传感器能够测量核纤层（nuclear lamina）的机械应变状态。以下是文章的主要要点：

研究背景 ：

核纤层是细胞核的重要结构组成部分，被认为是DNA的保护层，同时也将机械力传递给DNA。
之前没有技术能够直接在蛋白质水平上测量核纤层上的机械力。

技术突破 ：

研究者开发了一种基于纳米抗体的分子张力力距传感器，能够测量核纤层的机械应变。
该传感器利用了一种称为TsMod的FRET模块，通过纳米抗体靶向核纤层蛋白Lamin A/C。

图 1：基于 FRET 的 lamin A/C 应变传感器的开发和表征。

实验结果 ：

使用这种传感器，研究者发现核纤层受到显著的力的作用，这些力依赖于核体积、细胞的肌动蛋白-肌球蛋白收缩性、功能性的LINC复合体、染色质凝聚状态、细胞周期和上皮-间充质转化（EMT）。
在核质中的Lamin A/C也存在大量力量，表明这些Lamin可能在细胞核中也具有重要的机械作用。

图2：核变形对核纤层蛋白A/C应变状态的影响。

技术意义 ：

这种基于纳米抗体的方法为复杂蛋白质结构的生物力学研究提供了新的工具。
该技术进步为核力学提供了重要的见解，通过提供首个直接测量核纤层力量的蛋白质水平方法。

实验方法 ：

研究者使用了多种实验方法，包括光谱FRET测量、荧光寿命成像显微镜（FLIM）和光漂白恢复（FRAP）实验，来验证传感器的性能和响应性。

结论：

核纤层是一个受到内部（染色质）和外部（细胞骨架、核变形）力量影响的界面。
研究还表明，核内的Lamin A/C网络经历显著的机械张力，这种张力是动态的，并且受到细胞内外因素的影响。

图 5：核质核纤层蛋白 A/C 丝中的机械应变。

Nature Communications:分子间力生物传感器揭示核层应变状态

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