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
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生理学年度评论 :揭示细胞外基质的力学生物学

生物力学仪器  · 公众号  ·  · 2024-12-18 09:06

正文

细胞需要锚定于细胞外基质 (ECM) 才能生存,但 ECM 在指导发育过程、组织稳态和衰老方面的作用长期以来一直被低估。 ECM 如何协调健康组织向病理组织的恶化(包括纤维化和癌症)仍然知之甚少。探究 ECM 纤维张力的变化如何驱动这些过程是及时的,因为机械生物学是一个快速发展的领域,并且最近已经破译了可以调节蛋白质、细胞和组织功能的机械力背后的许多新机制。本文的目的是回顾力如何改变蛋白质功能,进而改变细胞信号传导,从而激发在再生医学以及诊断和治疗应用中利用 ECM 力学生物学的新方法。这里描述的 ECM 蛋白的一些机械化学转换概念更为通用,也适用于细胞内蛋白。
这篇文章《Unraveling the Mechanobiology of Extracellular Matrix》由Viola Vogel撰写,发表在《Annual Review of Physiology》2018年第80卷,页码353-387。
文章探讨了细胞外基质(ECM)在生物力学中的作用,特别是在组织发展、组织稳态和衰老过程中,以及ECM如何调控健康组织向病理组织的转变,包括纤维化和癌症。文章的核心内容包括:

  1. ECM的功能和重要性 :ECM不仅为细胞提供锚定,还在发育过程、组织稳态和衰老中起指导作用。ECM的生物化学组成和物理特性共同调节多种细胞功能。

  2. 力学生物学(Mechanobiology) :这是一个快速发展的领域,研究机械力如何调控蛋白质、细胞和组织功能。文章回顾了力量如何转换蛋白质功能,从而调节细胞信号传导。

    图 1 细胞外基质 (ECM) 的力学生物学,从单分子到组织
  3. ECM纤维张力与细胞功能 :探讨了ECM纤维张力如何通过多种途径调节细胞和组织功能,包括通过机械化学信号转换进行长距离细胞间通信。

  4. ECM作为生长因子和细胞因子的储存库 :ECM能够增加其与细胞呈递时的效能,但如何共同维持组织稳态或在失衡时如何调控组织生长或疾病进展尚不清楚。

  5. ECM纤维的机械拉伸 :讨论了ECM纤维的机械拉伸如何作为机械化学开关,通过改变蛋白质的结构-功能关系来调控信号通路。

    图3 纤连蛋白 (FN) 的结构模型和选定的模块,说明了某些模块如何充当机械化学开关。
  6. 细胞如何通过牵引力调节ECM纤维 :细胞可以通过施加力量来拉伸和部分展开蛋白质,从而调控ECM纤维的生物化学显示。

  7. ECM纤维的机械状态与细菌粘附 :探讨了ECM纤维的张力状态如何影响细菌对伤口部位的识别和粘附。

  8. ECM纤维的机械状态与生长因子信号传导 :研究了ECM纤维的张力状态如何调节生长因子和细胞因子的绑定,进而影响细胞行为和功能表型。

  9. ECM纤维的机械状态与免疫反应 :讨论了ECM纤维的张力状态如何可能与免疫反应相互作用,特别是在伤口愈合和炎症中。

    图8 将细菌粘附素转化为针对肿瘤基质中松弛的 FN 构象的肽探针






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