一个人体细胞含有多达100,000种不同的蛋白质。肌动蛋白是其中最丰富和最重要的之一。这种蛋白质形成细丝，帮助构成细胞骨架，赋予细胞形状。当肌动蛋白丝伸长时，它们就像肌肉一样工作，推动细胞内膜使其向前移动。

已知另外三种蛋白质可以驱动肌动蛋白的活性。一类蛋白质将单个肌动蛋白分子组装成肌动蛋白丝，另一类导致肌动蛋白丝停止生长，第三类则分解肌动蛋白丝。


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然而，埃默里大学的生物物理学家发现了关于这三种蛋白质如何共同影响肌动蛋白动力学的更加复杂和细致的观点。《自然通讯》发表了这些发现，展示了这些蛋白质有时如何从单独或二重奏转变为三重奏，从而使它们能够微调肌动蛋白丝的活性。

这一发现为了解细胞运动动力学打开了另一个窗口，细胞运动对于从干细胞分化和伤口愈合到癌症等疾病发展的过程至关重要。

“我们发现，虽然这三种蛋白质在单独发挥作用时会做一件事，但当其他两种蛋白质加入它们时，它们会做完全不同的事情，”埃默里大学物理和细胞生物学助理教授、该研究的资深作者ShashankShekhar说。“它变得非常复杂，速度非常快。”

“没有人研究过所有这些蛋白质在肌动蛋白上同时相互作用，”该研究的共同第一作者、埃默里大学博士海蒂·乌尔里希斯(HeidiUlrichs)补充道。生物化学、细胞和发育生物学的候选人。“我们的论文是第一篇关于它们三个占据肌动蛋白丝的同一个带刺末端的报告。”

Ulrichs与Shekkhar实验室的博士后IgnasGaska密切合作，也是该论文的共同第一作者。

以之前的研究为基础

关于蛋白质如何单独作用于肌动蛋白的研究已经相对明确。

聚合酶蛋白，例如福尔明，驱动肌动蛋白的伸长。福尔明将自己定位在肌动蛋白丝的末端，抓住自由漂浮的肌动蛋白分子，并将它们一一堆积起来，以保持末端的生长。

解聚酶蛋白，例如twinfilin，是影响肌动蛋白的另一类蛋白质。Twinfilin的工作原理就像一个棉绒滚筒，结合到细丝的末端，一次剥离一个分子。Twinfilin可以重复这个过程来完全分解肌动蛋白丝。

被称为封盖剂的蛋白质可以阻止丝的伸长和分解。封盖器附着在肌动蛋白丝的末端，并像帽子一样覆盖它，阻止其他蛋白质的活动。

这一知识是通过一次分离一种蛋白质来研究它如何影响肌动蛋白而建立的。最近的研究还表明，twinfilin和加帽蛋白之间同时存在相互作用。

使用先进技术的新方法

在当前的研究中，研究人员想要探索福尔明、twinfilin和加帽蛋白是否可以同时作用于肌动蛋白。

“肌动蛋白丝末端非常小，只有五纳米宽，”谢卡尔解释道。“一种想法是，没有足够的空间让三种蛋白质同时作用于单个肌动蛋白丝。”

Shekhar实验室是世界上少数几个使用微流体辅助全内反射荧光显微镜(mf-TIRF)高度专业化技术来研究肌动蛋白细胞骨架如何自我重塑的实验室之一。

细胞中充满了数千种蛋白质，它们四处移动，执行不同的功能，因此不可能追踪所有这些蛋白质。研究人员必须分离出感兴趣的蛋白质，并通过将它们引入显微镜载玻片上的微流体系统来在细胞系统之外研究它们。

mf-TIRF技术允许Shekhar实验室将荧光球附着到单个蛋白质分子上，以便研究人员可以通过显微镜更好地观察这些分子的作用。

在实验中，研究人员用四种发出荧光的不同颜色标记了肌动蛋白、福尔明、twinfilin和加帽蛋白的分子。然后，他们将肌动蛋白引入微流体系统，并一次添加一种其他蛋白质。

结果让他们大吃一惊。

当在福尔明和加帽蛋白存在的情况下添加twinfilin(一种分解肌动蛋白丝的蛋白质)时，twinfilin实际上可以加速肌动蛋白丝的伸长过程。

“这是违反直觉的，但这很酷，”乌尔里希斯说。“从事科学研究，你总是会感到惊讶。”

单独的Twinfilin无法将福尔米连接到肌动蛋白丝的末端。然而，当加帽蛋白也存在时，这三种蛋白可以同时在肌动蛋白丝的微小表面上协同工作。

谢卡尔将所有三种蛋白质协同工作的效果比作一个旋钮，可以更精确地控制过程。

“我们的研究结果建立了一个新的范例，其中三种蛋白质协同工作，以微调肌动蛋白丝形成的速度或速度，”他说。

这三种蛋白质如何与肌动蛋白相互作用的动力学对于解开细胞如何正常运作以及当出现问题时会发生什么的复杂谜团至关重要。

乌尔里希斯说：“我们正在一步一步地、一项项研究地积累关于细胞内部发生的动态的知识。”

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