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用于细胞机械信号转导调控的DNA人工机械力受体
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作者 聂舟 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期292-292,共1页
合成信号受体能够实现与定制输入耦合的可编程细胞响应。在众多信号输入中,机械力作为细胞通讯的一种关键物理线索,对维持细胞的稳态、促进发育过程以及理解疾病机制具有至关重要的作用。然而,目前缺乏可以用于重构机械转导的工程化力... 合成信号受体能够实现与定制输入耦合的可编程细胞响应。在众多信号输入中,机械力作为细胞通讯的一种关键物理线索,对维持细胞的稳态、促进发育过程以及理解疾病机制具有至关重要的作用。然而,目前缺乏可以用于重构机械转导的工程化力感应受体的工具。因此,开发了一个从头设计的人工机械力受体(AMR)平台,旨在通过非遗传改造的手段,对原本不响应机械力的细胞表面受体进行重新编程,使其能够感知用户定义的细胞间拉力,从而实现新设计的机械转导。AMR是一种高度模块化的DNA-蛋白质嵌合平台,包含一种通用的机械感知和传递DNA(GMD)纳米器件。AMR通过一个变构DNA机械开关感知细胞间的拉伸力,该开关具有可调节的皮牛(p N)范围的力响应阈值,能够触发力驱动的动态DNA组装,以操纵RTK的二聚化并激活细胞内信号。通过交换力接收配体,AMR能够灵敏地感知细胞黏附分子(整合素、E-钙黏蛋白)或膜蛋白内吞(CI-M6PR)介导的细胞力。此外,AMR还允许重新编程不同的非机械响应性细胞表面受体(c-Met或FGFR1),以定制机械生物学功能,例如黏附介导的神经干细胞维持。AMR展现了一种有别于天然蛋白质机械力受体的新型力信号转导机制,为机械生物学研究和生物医学应用提供了一个有前景的化学生物学工具包。 展开更多
关键词 化学生物学 神经干细胞 细胞通讯 DNA 天然蛋白质 生物医学应用 内吞 机械开关
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ADAMDEC1通过Wnt/β-catenin信号通路调控胰腺癌细胞的生长和转移
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作者 黄小勇 樊心悦 +5 位作者 徐向荣 蔺晓银 刘雨思 史海燕 杜娟 景红梅 《中国病理生理杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1369-1377,共9页
目的:探究敲减解整联蛋白及金属蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase,ADAM)结构域样癸蛋白1(ADAM domain-like decysin 1,ADAMDEC1)对胰腺癌细胞增殖、迁移和侵袭能力的影响。方法:利用GEPIA和UALCAN在线数据库对ADAMDEC1在胰... 目的:探究敲减解整联蛋白及金属蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase,ADAM)结构域样癸蛋白1(ADAM domain-like decysin 1,ADAMDEC1)对胰腺癌细胞增殖、迁移和侵袭能力的影响。方法:利用GEPIA和UALCAN在线数据库对ADAMDEC1在胰腺癌组织中的表达情况进行分析。Western blot检测人胰腺癌细胞系(MIA PaCa-2和PANC-1)和胰腺导管细胞系(hTERT-HPNE)中ADAMDEC1的蛋白表达水平。采用CCK-8实验、集落形成实验、细胞划痕实验和Transwell实验检测敲减ADAMDEC1对胰腺癌细胞增殖、迁移和侵袭能力的影响;Western blot检测敲减ADAMDEC1对胰腺癌细胞中迁移、侵袭及Wnt/β-catenin信号通路相关蛋白表达水平的影响。此外,通过恢复性实验,检测Wnt/β-catenin信号通路激动剂CHIR-99021对敲减ADAMDEC1抑制胰腺癌细胞生长和转移作用的影响。结果:(1)ADAMDEC1在胰腺癌中高表达;(2)敲减ADAMDEC1表达后,胰腺癌细胞增殖、迁移和侵袭能力显著下降;(3)敲减ADAMDEC1后,E-cadherin蛋白表达增加,而基质金属蛋白酶9、N-cadherin和vimentin蛋白表达减少,Wnt/β-catenin信号通路相关蛋白表达亦减少;(4)CHIR-99021与ADAMDEC1小干扰RNA共处理胰腺癌细胞,可逆转敲减ADAMDEC1对胰腺癌细胞增殖、迁移和侵袭能力的抑制作用。结论:ADAMDEC1在胰腺癌中高表达,可通过Wnt/β-catenin信号通路调控胰腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。 展开更多
关键词 胰腺癌 ADAMDEC1蛋白 细胞增殖 细胞迁移 细胞侵袭 WNT/Β-CATENIN信号通路
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mdv1-miR-M4-5p对MDCC-MSB1细胞增殖和凋亡的影响
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作者 余祖华 高梦茹 +4 位作者 何雷 魏颖 陈建 陈松彪 丁轲 《畜牧兽医学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3678-3687,共10页
旨在研究马立克病病毒(Marek′s disease virus,MDV)编码的mdv1-miR-M4-5p对MDCC-MSB1细胞增殖和凋亡的影响,将mdv1-miR-M4-5p模拟物、抑制物及其阴性对照转染MDCC-MSB1细胞后48 h,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测细胞中mdv1-miR-M4-5... 旨在研究马立克病病毒(Marek′s disease virus,MDV)编码的mdv1-miR-M4-5p对MDCC-MSB1细胞增殖和凋亡的影响,将mdv1-miR-M4-5p模拟物、抑制物及其阴性对照转染MDCC-MSB1细胞后48 h,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测细胞中mdv1-miR-M4-5p、TGF-β1、Smad2以及caspase-9、caspase-3、cyt-c、cyclinD1、Bcl-2等增殖和凋亡相关分子的转录;CCK-8检测细胞增殖,流式细胞术检测细胞周期和凋亡。结果显示:与对照组相比,mdv1-miR-M4-5p模拟物转染显著上调MDCC-MSB1细胞中mdv1-miR-M4-5p、cyclinD1、Bcl-2的转录水平,下调TGF-β1、Smad2、cyt-c、caspase-9和caspase-3的表达转录,促进细胞的增殖,减少G1期细胞,增加S和G2细胞,降低细胞凋亡率。与对照组相比,mdv1-miR-M4-5p抑制物转染后MDCC-MSB1细胞的增殖、凋亡及其相关分子转录的结果与mdv1-miR-M4-5p模拟物转染后的结果相反。综上,Mdv1-miR-M4-5p可促进MDCC-MSB1细胞增殖,抑制其凋亡,这可能是通过抑制TGF-β1/Smad2信号通路来实现的。 展开更多
关键词 mdv1-miR-M4-5p MDV 增殖 凋亡 TGF-β1/Smad2
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Actopaxin介导细胞应力传递的可视化研究
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作者 曲曼榕 郝希龙 +4 位作者 Aziz Ur Rehman Aziz 张航与 张郑瑶 李娜 邵帅 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期96-96,共1页
目的Actopaxin是将细胞骨架肌动蛋白与局部黏着斑(focal adhesion,FAs)中重要结构蛋白paxillin相连的关键节点,极有可能参与进了力学信号在细胞外基质(extracellular matrix,ECM)与细胞骨架间的传递,可是由于缺少可靠工具,其在介导细胞... 目的Actopaxin是将细胞骨架肌动蛋白与局部黏着斑(focal adhesion,FAs)中重要结构蛋白paxillin相连的关键节点,极有可能参与进了力学信号在细胞外基质(extracellular matrix,ECM)与细胞骨架间的传递,可是由于缺少可靠工具,其在介导细胞应力传递中的作用机制仍不明确。方法基于荧光共振能量转移技术(Fluorescence resonance energy transfer,FRET)构建能够可视化检测FAs与细胞骨架间应力传递的活细胞探针ASSA,改变ECM机械性质,观察U-2 OS骨肉瘤细胞中ASSA的响应;干扰actopaxin表达,结合实验室自主研发的paxillin应力探针Pax TS检测actopaxin在FAs内应力传递的作用。结果ASSA探针具有良好的定位特异性、多细胞通用性和力敏特性,能够通过观测FRET比率的变化实现细胞骨架与FAs之间应力传递的可视化检测。实验结果表明,应力在FAs与细胞骨架间借由actopaxin的传递过程与paxillin所受应力都对ECM硬度与组成成分具有敏感性,而paxillin内部应力对两因素的响应并不依赖于actopaxin。结论本研究证明细胞骨架与FAs之间借由actopaxin存在直接的应力传递。该传递过程受到ECM硬度及组成成分的双重调控,与细胞骨架而非FAs的关系更为密切。 展开更多
关键词 细胞骨架 可视化检测 力学信号 FRET 传递过程 机械性质 力敏特性 结构蛋白
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胞外机械应力诱导胞内pxillin活性变化的可视化研究
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作者 孙泽龙 李娜 +2 位作者 张郑瑶 张航与 邵帅 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期405-405,共1页
目的paxillin特定残基的磷酸化参与调控局部黏着斑(focal adhesions,FAs)的周转,继而影响细胞的运动与迁移,可由于缺少可靠工具,paxillin参与机械应力传递与信号转导的途径仍不明确。方法基于荧光共振能量转移(fluorescence resonance e... 目的paxillin特定残基的磷酸化参与调控局部黏着斑(focal adhesions,FAs)的周转,继而影响细胞的运动与迁移,可由于缺少可靠工具,paxillin参与机械应力传递与信号转导的途径仍不明确。方法基于荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)原理,以paxillin Tyr31和Tyr118的磷酸化水平作为衡量其活性的标准,设计并构建能够可视化检测paxillin活性的活细胞探针ELSY。对细胞施加剪切应力及改变胞外基质(extracellular matrix,ECM)硬度,通过解聚重要胞内物理结构及抑制paxillin相关信号蛋白的活性,探究并比较不同类型胞外机械刺激激活胞内paxillin途径的异同。结果剪切应力无法直接激活胞浆中的paxillin;胞浆中paxillin的活性随ECM硬度的增加而增强,ECM硬度对paxillin活性的调控主要受整合素、FAK及Src构成的信号通路调控,与细胞膜与细胞骨架构成的胞内物理结构无关。结论不同胞外机械刺激调控活性的途径并不相通,剪切应力对paxillin的激活与paxillin的亚细胞定位密切相关,应力信号在FAs内的传递很可能是其中的关键因素;ECM硬度激活胞浆中paxillin的过程与胞内应力信号的传递无关,主要受整合素调控,间接受FAK及Src的调控。 展开更多
关键词 荧光共振能量转移 细胞骨架 亚细胞定位 机械刺激 整合素 可视化检测 剪切应力 FAK
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2型转谷氨酰胺酶对人胶质母细胞瘤细胞U251放射敏感性的影响
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作者 蓝瑞隆 伍兵 王锃 《辐射防护》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期537-545,共9页
为探讨2型转谷氨酰胺酶(transglutaminase 2,TG2)对胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)放射敏感性的影响。通过生信分析TG2表达与胶质瘤病人预后的关系,并分析了其在GBM放射抵抗细胞株U251中的水平;瞬时转染得到TG2过表达细胞(U251-TG2)或... 为探讨2型转谷氨酰胺酶(transglutaminase 2,TG2)对胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)放射敏感性的影响。通过生信分析TG2表达与胶质瘤病人预后的关系,并分析了其在GBM放射抵抗细胞株U251中的水平;瞬时转染得到TG2过表达细胞(U251-TG2)或空载细胞(U251-EV);CCK8法绘制生长曲线;transwell检测细胞迁移能力;不同剂量X射线照射后,检测细胞克隆形成能力、ROS水平;并通过免疫荧光检测γ-H2AX水平;Western blot检测自噬关键分子Beclin-1、LC3及mTOR磷酸化水平。结果显示,TG2高表达胶质瘤患者具有更差的无进展间隔期及总生存期,TG2在放射抵抗型U251中的表达显著高于野生型U251;U251-TG2细胞增殖能力高于U251-EV,且前者迁移能力高于后者;经X射线照射后,U251-TG2细胞克隆形成率高于U251-EV,前者ROS水平及γ-H2AX荧光焦点数均低于后者;自噬关键蛋白Beclin-1及自噬活性指标LC3-Ⅱ/Ⅰ比值在U251-TG2的水平均高于U251-EV,且前者mTOR磷酸化水平低于后者。实验结果证明,X射线照射后,TG2可能通过抑制mTOR磷酸化的方式促进自噬,进而降低GBM细胞U251的放射敏感性。 展开更多
关键词 胶质母细胞瘤 2型转谷氨酰胺酶 放射敏感性
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活细胞应激反应过程中线粒体和核仁微环境动力学的荧光寿命成像研究
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作者 杨志刚 刘颖超 +4 位作者 张仕青 罗瑞鉴 赵需谦 连加荣 屈军乐 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期354-367,共14页
核仁和线粒体在维持细胞平衡发挥重要作用,研究其生理过程有助于深入了解生物学功能.本文采用一种红色荧光的芘罗丹明荧光探针在不同条件下靶向标记细胞线粒体和核仁.通过激光共聚焦成像和荧光寿命成像技术分析HeLa细胞在光照和药物刺... 核仁和线粒体在维持细胞平衡发挥重要作用,研究其生理过程有助于深入了解生物学功能.本文采用一种红色荧光的芘罗丹明荧光探针在不同条件下靶向标记细胞线粒体和核仁.通过激光共聚焦成像和荧光寿命成像技术分析HeLa细胞在光照和药物刺激下细胞凋亡的形态变化,并利用相图定量分析了线粒体与核仁的微环境变化,确定在稳态HeLa细胞中探针标记到的线粒体的平均荧光寿命约为3.65 ns,线粒体黏度约为66×10^(-3)Pa·s.在激光光照后,探针标记到HeLa细胞线粒体的荧光寿命降至3.61 ns,对应线粒体黏度增至约131×10^(-3)Pa·s;使用紫杉醇和秋水仙碱诱导细胞凋亡,观察到探针标记于HeLa细胞核仁的荧光寿命先增加后降低,反映了在HeLa细胞凋亡过程中核仁微环境的变化,证明HeLa细胞在非稳态情况下核仁和线粒体的功能变化,为线粒体和核仁功能障碍相关疾病研究提供了新的研究方法. 展开更多
关键词 荧光寿命显微成像 核仁 微环境 黏度
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整合素以纳米级分辨率感知配体高度
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作者 刘肖君 李潮 +1 位作者 王永亮 王贵学 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期398-398,共1页
目的整合素是细胞膜上的力敏感受体,可以将细胞外基质的力通过细胞骨架传递到细胞核,在促进细胞黏附、铺展等方面发挥重要作用。前人研究表明,当整合素配体之间的间距小于70 nm时,整合素会形成簇以实现细胞的稳定黏附。这种空间传感特... 目的整合素是细胞膜上的力敏感受体,可以将细胞外基质的力通过细胞骨架传递到细胞核,在促进细胞黏附、铺展等方面发挥重要作用。前人研究表明,当整合素配体之间的间距小于70 nm时,整合素会形成簇以实现细胞的稳定黏附。这种空间传感特性表明整合素会根据配体距离的变化动态调整其自身组织形式。在细胞外基质中,整合素配体不仅在水平间距有变化,而且在垂直高度上也会发生变化。因此,本研究旨在探究整合素是否可以感知配体的高度变化。方法利用双链DNA片段开发了高度探针试剂盒,分别表示为1-bpp、18-bpp、24-bpp和30-bpp,长度范围为0.5~10 nm。随后,将3T3细胞和鱼鳞表皮细胞接种到探针表面并观测。使用Nikon Ti2E显微镜捕获整合素力信号,Mat Lab软件分析力信号强度。结果通过比较不同的探针组合,发现均表现出了相同的趋势,即较高的探针获得更多的断裂力信号。并且,整合素的高度灵敏度估计在1~2 nm范围内。低运动细胞和高运动细胞(如鱼鳞表皮细胞)都表现出这种高度偏好。利用blebbistatin抑制肌球蛋白后,发现不同高度配体的断裂力信号发生了改变,表明细胞骨架调节整合素配体高度的偏好性。结论新型纳米传感器能够检测整合素配体的高度差异,有助于了解细胞黏附的复杂性。 展开更多
关键词 细胞骨架 细胞外基质 肌球蛋白 整合素 3T3细胞 细胞黏附 纳米传感器 垂直高度
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细胞力学通讯的分子机制及其促进上皮细胞层迁移作用
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作者 欧阳明星 曹煜 +4 位作者 张青雨 朱一鸣 胡燕玲 布冰 邓林红 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期101-101,共1页
目的理解细胞力学通讯的分子机制并结合荧光共振能量转移(FRET)技术探索其在上皮细胞层迁移中的作用。方法构建稳定表达ERK FRET探针的肾上皮MDCK细胞株,在三维基质水凝胶上建立细胞层迁移模型,通过改变基质水凝胶的力学传导性能,并测量... 目的理解细胞力学通讯的分子机制并结合荧光共振能量转移(FRET)技术探索其在上皮细胞层迁移中的作用。方法构建稳定表达ERK FRET探针的肾上皮MDCK细胞株,在三维基质水凝胶上建立细胞层迁移模型,通过改变基质水凝胶的力学传导性能,并测量ERK活性分布和层迁移速度,论证细胞力学通讯的作用。基于细胞间的张应力响应,气道平滑肌细胞在含Ⅰ型胶原基质水凝胶上发生定向迁移,快速组装分枝结构,探索其力学信号机制。结果(1)基于微珠位移测量,当基底膜水凝胶中加入Ⅰ型胶原时,细胞层迁移展现更大的基质张应力传导,并显著增加了ERK活性和迁移速度,而固化后的水凝胶抑制了力传导和层迁移效率。细胞中力学敏感的钙通道、Piezo离子通道、整合素信号、ERK活性发挥力学信号转导作用。(2)在分枝自组装实验中,下调alpha-Catenin和Piezo离子通道均可抑制细胞的定向迁移和分枝结构发生;实验观察显示Piezo部分定位于黏着斑,而下调a-Catenin降低黏着斑形成及其Piezo定位。结论细胞群的收缩力作用在非线性黏弹性基质胶中形成叠加的张应力长程传导,具有方向性的基质张应力通过反馈作用于细胞,促进层迁移的发生。在基质张应力介导的力学通讯中,整合素和内质网钙通道参与细胞间力学响应,N-钙黏蛋白调节细胞间稳定连接,而alpha-Catenin和Piezo通过细胞黏附区调控力学响应。 展开更多
关键词 细胞力学 Ⅰ型胶原 离子通道 钙通道 迁移速度 定向迁移 黏着斑 细胞群
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三维基质曲率梯度调控细胞迁移的机制研究
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作者 徐钊 徐峰 程波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期90-90,共1页
目的肿瘤微环境中的拓扑信号广泛影响细胞在迁移过程中的机械感知和机械传导。先前的研究表明,诸如约束、排列和细胞外基质(ECM)的尺寸等拓扑信号通过调节细胞核和细胞骨架的状态来调控细胞行为。曲率是ECM的另一种常见拓扑信号,在生理... 目的肿瘤微环境中的拓扑信号广泛影响细胞在迁移过程中的机械感知和机械传导。先前的研究表明,诸如约束、排列和细胞外基质(ECM)的尺寸等拓扑信号通过调节细胞核和细胞骨架的状态来调控细胞行为。曲率是ECM的另一种常见拓扑信号,在生理和病理组织中都普遍存在,但其对细胞行为的影响尚不清楚。方法利用光刻技术与翻模技术对肿瘤微环境中的弯曲拓扑结构进行体外重构,利用其探索细胞响应曲率的方式与机理。结果揭示了细胞核不仅扮演了对约束空间的传感器角色,还在曲率感知中充当了“测球仪”的作用。当细胞遇到约束空间中的曲面时,细胞核沿着局部曲率弯曲,并通过核膜蛋白的重新分布来调节肌动蛋白活性,最终导致具有不同迁移速度、持久性以及细胞长度的细胞的不同微状态。结论具体来说,细胞采用“低能量状态”运动(即较小的迁移速度和较短的细胞长度),以便在密集的ECM中通过频繁的曲线空间进行迁移时推进。 展开更多
关键词 细胞行为 细胞迁移 细胞骨架 肌动蛋白 迁移速度 能量状态 约束空间 拓扑结构
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红细胞膜-骨架力学特性对SDE形态转变及毛细血管表观黏度的影响
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作者 文海舟 李学进 +2 位作者 陆钰 刘心悦 胡国辉 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期124-124,共1页
目的红细胞的口形-双凹-刺突(stomatocyte-discocyte-echinocyte,SDE)转变与红细胞力学性质改变和细胞微结构变化的密切联系。近年来的生物实验表明,SDE转变的现象与红细胞内部微观结构改变,如骨架收缩重组和两组分分离等现象高度关联,... 目的红细胞的口形-双凹-刺突(stomatocyte-discocyte-echinocyte,SDE)转变与红细胞力学性质改变和细胞微结构变化的密切联系。近年来的生物实验表明,SDE转变的现象与红细胞内部微观结构改变,如骨架收缩重组和两组分分离等现象高度关联,而当下主流的单层膜红细胞数值模型无法为这些微结构变化提供一个合理的描述。本研究旨在采用更符合生物事实的红细胞数值模型获得到完整的SDE转变序列,并进一步分析SDE形态对毛细血管的血液黏性影响。方法数值模拟是研究红细胞形态及其在血流中运动变形的有力工具。本文采用耗散粒子动力学方法,改进了原有的双组分红细胞模型,分析导致SDE转变的主要力学因素和模拟不同SDE形态在毛细血管的稳态流动。结果完整的红细胞SDE形态序列可以通过调整无量纲弯曲刚度、两组分连接度量数以及细胞骨架目标收缩比3个主要的模型参数获得。红细胞在毛细血管稳定流动中其细胞膜与流体介质有着较强的交互作用,口形和刺突红细胞使得毛细管道表观黏性增加。结论红细胞SDE转变与力学参数和两组分微结构变化高度相关。双凹形红细胞在毛细血管道中的高度可变形性呈现出最低的黏性,口形和刺突红细胞使得毛细血管表观黏性增加。 展开更多
关键词 红细胞膜 生物实验 细胞骨架 刺突 耗散粒子动力学 红细胞形态 形态转变 表观黏度
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淋巴结基质刚度通过整合素介导细胞核形变进而促进T细胞活化
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作者 冯锦腾 赵灵珠 +1 位作者 赵国清 林敏 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期99-99,共1页
目的明确基质刚度在淋巴结中的变化,这种变化是否会通过力敏感受体整合素来影响T细胞的活化程度,以及这种机械力调控T细胞活化的力学生物学机制。方法针对淋巴结肿瘤转移的疾病背景,首先通过CT影像Hu值测量及纳米压痕仪和旋转流变仪离... 目的明确基质刚度在淋巴结中的变化,这种变化是否会通过力敏感受体整合素来影响T细胞的活化程度,以及这种机械力调控T细胞活化的力学生物学机制。方法针对淋巴结肿瘤转移的疾病背景,首先通过CT影像Hu值测量及纳米压痕仪和旋转流变仪离体检测,获得淋巴结刚度的变化范围。然后利用PEG水凝胶模拟淋巴结力学微环境,构建T细胞活化的调控体系,实现对于基质刚度和整合素介导力学黏附的独立可控。进一步通过免疫荧光、免疫蛋白印迹、酶联免疫吸附等实验探索基质刚度调控T细胞活化的规律及力学生物学机制,最后借助于力学模型对T细胞核的受力进行分析。结果通过对于刚度大小与配体黏附的独立调控,发现磷酸化Zap 70和IL-2的表达水平随着刚度的增加而升高,并且受整合素黏附作用的正向调控。进一步研究发现基质刚度增高时,整合素介导肌动蛋白细胞聚合增加,细胞核扁平化程度增大,促进YAP的核易位,最终增强了T细胞活化。并且通过对于皮质层肌动蛋白聚合力等力学载荷进行数值模拟,发现肌动蛋白聚合是T细胞核形变的主要原因。结论基质刚度通过整合素介导肌动蛋白细胞骨架聚合,进而诱导细胞核形变促进T细胞激活相关转录因子YAP的核易位,最终增强了T细胞活化。 展开更多
关键词 T细胞活化 肌动蛋白聚合 肌动蛋白细胞骨架 整合素 力学生物学 调控体系 活化程度 皮质层
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基底肌球蛋白脉冲介导的细胞扁平化与组织伸长
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作者 李顺 刘贻尧 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期88-88,共1页
目的肌动蛋白网络通过收缩细胞表面或胞间连接改变细胞、组织形态。然而,细胞受机械应力作用扩张时,肌动蛋白网络会增强、极化以松弛应力,保持细胞极性与结构稳定。因此,细胞面临肌动蛋白收缩增强与细胞(或组织)扩张行为间的矛盾。方法... 目的肌动蛋白网络通过收缩细胞表面或胞间连接改变细胞、组织形态。然而,细胞受机械应力作用扩张时,肌动蛋白网络会增强、极化以松弛应力,保持细胞极性与结构稳定。因此,细胞面临肌动蛋白收缩增强与细胞(或组织)扩张行为间的矛盾。方法以果蝇卵室发育后期上皮扩张为模型,结合生物学实验(活细胞成像、光遗传学等)与力学模型探究其中的生物力学机制。结果发现一种新型上皮细胞扩张波,经历皱褶、起始与扩张三步。扩张过程中Rac1和Rho1信号时空协调,将脉冲肌动蛋白网络与褶皱和黏着斑等事件相联系,增加、稳定细胞基底面积,使上皮细胞扁平化、伸长。上皮细胞扩张以定向波的形式逐步出现,并将细胞扁平化、伸长与卵母细胞生长、延伸联系起来。超分辨显微成像揭示脉冲肌球蛋白是由弱丝和短支链结构组成的不同于经典结构的非线性模式,且肌动、肌球蛋白网络信号时空分离,这也解释了脉冲肌球蛋白展现扩张效应的物理基础。利用包含扩张特性脉冲肌球蛋白的力学模型能很好模拟上皮细胞扩张波与卵母细胞的生长、延伸及信号分子调节。结论肌动球蛋白网络除了传统收缩特性外,其扩张效应也是驱动组织形态发生的关键,同时解释了肌动球蛋白网络增强与细胞扩张行为间的矛盾。 展开更多
关键词 肌球蛋白 肌动蛋白 卵母细胞 形态发生 肌动球蛋白 果蝇卵 生物学实验 非线性模式
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弯曲微管内的细胞运动规律分析
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作者 刘德运 龚晓波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期673-673,共1页
目的细胞在弯管内的运动变形作为一种基础力学过程,与微血管内的血流动力学及微流控芯片的流动控制密切相关。通过研究细胞在弯管内的运动迁移机理和相关流场,能够促进理解相关流动机制。方法采用数值计算方法研究单个球形细胞在弯曲管... 目的细胞在弯管内的运动变形作为一种基础力学过程,与微血管内的血流动力学及微流控芯片的流动控制密切相关。通过研究细胞在弯管内的运动迁移机理和相关流场,能够促进理解相关流动机制。方法采用数值计算方法研究单个球形细胞在弯曲管道内的运动。细胞膜视为忽略厚度的超弹性薄膜,满足Skalak能量函数,细胞质为与血浆黏度相同的均质不可压缩牛顿流体。在柱坐标系中求解了三维纳维斯托克斯方程,并采用浸入边界法耦合流场与细胞膜。结果探究了雷诺数(Re),毛细血管数(Ca,表示细胞相对变形能力)和细胞初始位置对细胞迁移的影响。结果表明,初始释放位置对细胞最终的稳定运动形式(平衡或周期运动)无影响。对于Ca≥1的细胞,在不同雷诺数下(5≤Re≤100),细胞最终均平衡在迪恩涡中心附近;对于Ca≤0.1的细胞,在Re≤10时,细胞的平衡位置偏离了对称平面,并靠近管道弯曲中心,在Re≥100时,细胞不具有平衡位置,而是随着迪恩涡作周期性的旋转。结论细胞初始位置不影响细胞最后的运动状态;对于变形能力较强的细胞,不同雷诺数下,细胞均平衡在迪恩涡中心附近;对于变形能力较弱的细胞,随迪恩数的增加,细胞最终由平衡在靠近弯曲中心的位置转变为了随迪恩涡周期性运动。 展开更多
关键词 细胞迁移 弯曲中心 微流控芯片 周期性运动 浸入边界法 对称平面 纳维斯托克斯方程 弹性薄膜
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细胞伪足断裂的力学行为和微观机制分析
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作者 杨媚 方舟 +2 位作者 张一 李德昌 季葆华 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期635-635,共1页
目的细胞迁移过程中伪足的力学行为除了前伸和回缩之外,还存在断裂并导致细胞片段脱落。本研究旨在阐明细胞伪足断裂过程中发生的细胞骨架与质膜之间界面破坏的力学机制。方法使用共聚焦显微镜动态成像技术,捕捉伪足断裂过程中肌动纤维... 目的细胞迁移过程中伪足的力学行为除了前伸和回缩之外,还存在断裂并导致细胞片段脱落。本研究旨在阐明细胞伪足断裂过程中发生的细胞骨架与质膜之间界面破坏的力学机制。方法使用共聚焦显微镜动态成像技术,捕捉伪足断裂过程中肌动纤维与细胞膜的变形行为,并基于细胞分子生物学方法,研究伪足断裂过程中界面破坏的力学机制。基于分子动力学模拟和有限元方法分析和模拟了伪足断裂过程。结果分析表明,界面破坏的临界载荷与界面裂纹长度之间存在指数关系。临界载荷随着界面强度的增加而增加。纤维截面尺寸对临界载荷的影响与界面裂纹长度有关,在较短和较长尺寸的裂纹下表现出不同的影响。有限元分析表明,细胞膜约束了肌动纤维拉伸过程中的扭转运动。结论本研究揭示了细胞伪足断裂的力学过程和肌动蛋白纤维与细胞膜界面破坏的力学机制,为探究细胞外囊泡释放等与伪足断裂相关的细胞行为机制提供定量的理论支持。 展开更多
关键词 细胞骨架 细胞迁移 细胞分子生物学 临界载荷 共聚焦显微镜 肌动蛋白纤维 微观机制 行为机制
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电刺激和基底几何形貌对细胞迁移的影响及其力学机理研究
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作者 赖慧楠 尹俊 钱劲 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期397-397,共1页
目的细胞迁移在胚胎发育、组织修复、疾病发生和免疫响应等过程中至关重要。在体内,电刺激和基底几何形貌对细胞迁移的影响较大,但两者对细胞迁移的联合影响及调控机制尚不明确。因此,本文旨在研究电刺激和基底几何形貌对细胞迁移的联... 目的细胞迁移在胚胎发育、组织修复、疾病发生和免疫响应等过程中至关重要。在体内,电刺激和基底几何形貌对细胞迁移的影响较大,但两者对细胞迁移的联合影响及调控机制尚不明确。因此,本文旨在研究电刺激和基底几何形貌对细胞迁移的联合影响及相应的力学机理。方法首先,通过近场直写技术制备了类似机体纤维的直线作为基底诱导图案。实验分析了诱导直线间距、电导率及电场与直线相对方向对细胞迁移的影响。结果导电、窄间距直线平行于电场时,细胞迁移速度最快,方向性最强;当电场强度达到1 V/cm时细胞出现趋电性;导电组的细胞迁移速率大于不导电组;材料导电性决定了电场垂直于窄间距直线时细胞的迁移方向;宽间距直线对细胞迁移速度和方向的影响较小。接着,改进了基于细胞相互作用力的细胞迁移力学模型,引入细胞与边界的相互作用及电刺激项。模型与实验结果一致性较高,能有效描述和预测在诱导图案和电场双重刺激下的细胞迁移。最后,皮肤伤口愈合的动物实验进一步验证了电场与平行的诱导直线同时刺激可提高创面愈合速度。结论本文研究了电刺激和几何形貌对细胞迁移的联合影响并建立相应的力学模型、为加速伤口愈合提供了一个新方法,在生物学和医学领域中具有重要意义。 展开更多
关键词 细胞迁移 电刺激 胚胎发育 组织修复 细胞相互作用 动物实验 医学领域 伤口愈合
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深度学习图像识别辅助原子力显微镜单细胞力学特性精准高效探测
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作者 吕晓龙 李密 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第2期468-480,共13页
目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实... 目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实验技术存在着依赖人工、效率低下等不足,严重制约了其在生命科学领域的实际应用。本文通过将光学显微成像自动目标识别技术与AFM压痕技术结合,建立了单个游离态细胞及聚团生长细胞的力学特性精准高效测量方法。方法利用YOLO深度学习算法识别出光学图像中细胞的中心部位,并通过嵌入视觉转换器(ViT)模块的双UNet神经网络模型对细胞边缘部位进行精确分割,同时采用模板匹配算法对光学图像中AFM微球探针进行定位,在此基础上自动确定AFM探针上的微球针尖与细胞不同部位之间的空间位置关系,进而对细胞中心部位和边缘部位的力学特性进行快速测量。选取HEK 293(人胚胎肾细胞)和HGC-27(人未分化胃癌细胞)两种细胞进行验证实验,并利用Hertz模型对获取的力曲线进行分析以得到细胞杨氏模量。结果在深度学习光学图像自动识别导引下可将AFM探针准确移动至细胞不同部位(中心和边缘)进行力学特性测量,同时实验结果表明,本文提出的方法不仅可对单个游离态细胞进行可靠测量,也适用于聚团生长的细胞。结论深度学习图像识别在辅助AFM单细胞力学特性精准高效探测方面具有巨大潜力,将深度学习图像识别与AFM结合有助于发展面向生物医学应用的高通量单细胞力学特性测量方法。 展开更多
关键词 原子力显微镜 细胞力学特性 光学图像 深度学习 杨氏模量 微球探针
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GATA3通过调控LIFR抑制人乳腺癌细胞的迁移能力
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作者 张璐 张瑞 +1 位作者 刘俊 杨安钢 《医学分子生物学杂志》 CAS 2024年第4期293-299,共7页
目的探究GATA结合蛋白3(GATA binding protein 3,GATA3)对乳腺癌细胞迁移能力的影响。方法在MCF7细胞中利用慢病毒载体介导的基因干涉技术敲低GATA3基因,使用实时定量荧光PCR(qRT-PCR)和蛋白质印迹检测GATA3和LIFR的mRNA和蛋白表达水平,... 目的探究GATA结合蛋白3(GATA binding protein 3,GATA3)对乳腺癌细胞迁移能力的影响。方法在MCF7细胞中利用慢病毒载体介导的基因干涉技术敲低GATA3基因,使用实时定量荧光PCR(qRT-PCR)和蛋白质印迹检测GATA3和LIFR的mRNA和蛋白表达水平,Transwell实验检测MCF7细胞的迁移能力。在MCF7和T47D细胞中用染色质免疫沉淀(ChIP-qPCR)实验检测GATA3在LIFR的启动子区的结合位点。在敲低GATA3基因的MCF7细胞中回补LIFR,通过细胞划痕实验和Transwell实验检测MCF7细胞的迁移能力。结果与对照组相比,敲低GATA3基因的MCF7细胞的迁移能力增强(P_(均)<0.05)。与对照组相比,敲低GATA3基因的MCF7细胞的LIFR表达水平降低(P_(均)<0.05)。乳腺癌细胞MCF7与T47D中GATA3在LIFR的启动子区有结合(P_(均)<0.05)。在敲低GATA3基因的MCF7细胞中稳定过表达LIFR可以部分挽救GATA3基因敲低引起的细胞迁移能力的增强(P_(均)<0.05)。结论GATA3通过转录激活LIFR抑制乳腺癌细胞MCF7的迁移。 展开更多
关键词 乳腺癌 GATA结合蛋白3 白血病抑制因子受体LIFR 细胞迁移
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单轴周期性压缩对细胞骨架与细胞膜生物力学特性的作用
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作者 姚怡飞 贾菁怡 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期102-102,共1页
目的细胞感应局部力环境后自身结构发生改变,特别是细胞骨架的排布发生重定向。本研究旨在分析细胞受到单轴周期性压缩后,细胞骨架排布的改变以及对细胞膜拉伸应变的影响。从而明确细胞增强响应周期性力刺激的生物力学机制。方法 通过... 目的细胞感应局部力环境后自身结构发生改变,特别是细胞骨架的排布发生重定向。本研究旨在分析细胞受到单轴周期性压缩后,细胞骨架排布的改变以及对细胞膜拉伸应变的影响。从而明确细胞增强响应周期性力刺激的生物力学机制。方法 通过定制的细胞周期性力学刺激装置对细胞进行静态与周期性的压缩应力刺激;然后对静态压缩(幅值:75~175 Pa;时间:10~60 min)以及单轴周期性压缩刺激(幅值100 Pa;频率:0.25~10 Hz;时间:60 min)后的细胞进行肌动蛋白细胞骨架染色,量化分析细胞肌动蛋白丝在不同周期性压力刺激下的取向变化;最后进行单细胞黏弹性有限元建模,计算细胞骨架的取向对细胞膜的拉伸应变的量化关系。结果 随着静态压缩应力作用时间的增加,细胞肌动蛋白应力纤维与细胞长轴夹角增大(9°增大到34°),且细胞膜表面最大主应变的平均值与峰值分别增大1.8%与17%,表明细胞在静态压缩下细胞损伤风险增加;而最佳频率为0.25 Hz的周期性压力下的细胞肌动蛋白应力纤维与细胞长轴夹角减小至12.5°,细胞膜表面最大主应变的平均值与峰值也分别减小4.1%与25%。结论 静态压缩应力会导致细胞肌动蛋白骨架的取向偏离细胞长轴,周期性压缩应力会改善细胞骨架的取向,并降低细胞膜的平均拉伸应变,保护细胞免受机械损伤。 展开更多
关键词 细胞骨架 拉伸应变 生物力学特性 压缩应力 生物力学机制 最佳频率 机械损伤 力学刺激
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细胞内在物理特性作为细胞行为的决定因素的相关研究
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作者 张策 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期286-286,共1页
目的探索一种新的细胞机械响应途径,基于熵驱动的机制,研究细胞骨架网络在外力作用下的重塑如何动态改变细胞核形状和基因组结构,从而影响染色质纤维和核小体的空间限制和结构变化,进而改变DNA与包装蛋白(如组蛋白和精蛋白)之间的结合比... 目的探索一种新的细胞机械响应途径,基于熵驱动的机制,研究细胞骨架网络在外力作用下的重塑如何动态改变细胞核形状和基因组结构,从而影响染色质纤维和核小体的空间限制和结构变化,进而改变DNA与包装蛋白(如组蛋白和精蛋白)之间的结合比例,促进转录活动。方法采用超分辨率活细胞成像技术,结合微流控和纳米流控芯片,研究染色体结构在微观上的重塑与染色质纤维和核小体在纳米尺度上的结构变化之间的空间和时间相关性,揭示细胞对机械刺激的熵驱动响应机制。结果通过应用上述方法,预期能观察到细胞在机械刺激下,染色体结构在微观层面的重塑以及染色质纤维和核小体在纳米尺度上的结构变化。此外,预计在更强的纳米限域条件下,DNA片段的释放将得到增强,从而促进转录活动。结论本研究揭示环境机械信号在调控生命机制中所扮演的角色,并有助于开发能够在体内向单个细胞传递机械信号的临床设备,用于诊断和治疗。这一发现不仅将深化对细胞机械响应机制的理解,还将推动相关临床应用的发展。 展开更多
关键词 核小体 细胞行为 染色质纤维 染色体结构 精蛋白 机械刺激 组蛋白 机械信号
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