Nature 线粒体机械转导：细胞感知与响应机械力的新视角

更新时间：2025-01-03 点击次数：110

在自然界中，细胞不断地与其所处环境的物理属性进行互动。这些物理属性，包括硬度、张力和空间限制，对细胞行为和命运产生深远影响。近年来，机械转导领域的研究揭示了细胞如何通过感知和响应这些机械信号来调节其生物学功能，包括增殖、分化和代谢。其中，线粒体作为细胞内的能量工厂和代谢中心，其动态变化与细胞对机械刺激的响应密切相关。

这篇文章的核心内容是关于细胞如何通过线粒体机械转导（Mitochondrial mechanotransduction, MIME）来响应外部力和组织微环境的机械属性。以下是文章的主要发现和结论：

线粒体形态变化与力的关联：研究发现，细胞外基质的硬度、空间限制和施加的力（包括小鼠皮肤的拉伸）可以调节线粒体的动态。特别是，当细胞周围的肌动蛋白张力增加时，线粒体会伸长；而当张力减小时，线粒体会分裂。

图1:力诱导线粒体延长。

MIEF1的角色：线粒体延伸因子1（MIEF1）的磷酸化状态调节了线粒体的分裂，从而影响了线粒体形态。高肌动蛋白张力通过促进MIEF1的磷酸化来限制线粒体分裂。

DRP1的调控作用：研究发现，Dynamin-related protein 1（DRP1）在线粒体分裂中起着关键作用，并且DRP1的活性受到肌动蛋白张力的调控。DRP1的抑制或激活影响线粒体形态，进而影响细胞功能。

图2:需要DRP1来调控SREBP1/2和脂肪生成。

图3:对于YAP/TAZ的机械调节、增殖和细胞的转归,都需要DPR1。

转录因子的调控：线粒体分裂通过调节三个转录因子——YAP/TAZ、SREBP1/2和NRF2——来控制细胞增殖、脂肪生成、抗氧化代谢、化疗抗性和脂肪细胞分化等细胞行为。

MIME的生物学意义：MIME作为一种统一的信号传递机制，协调细胞功能以适应组织规模的架构和机械属性。这一过程在小鼠肝脏中也有所体现，其中DRP1调节肝细胞的增殖和身份，这是YAP依赖的表型。

图4:MIME的一般工作原理。

实验方法：研究使用了多种实验方法，包括细胞培养、基因敲除、药物抑制、免疫荧光染色、流式细胞术、生存率测定、EdU掺入实验、定量PCR、免疫印迹和蛋白质质谱分析等。

研究意义：这项研究揭示了细胞如何通过线粒体感知和响应机械力，为理解细胞行为的调控机制提供了新的视角，并可能对疾病状态下的细胞功能失调有更深入的理解。