Science：新方法監測細胞命運的決定機制

　　Illinois大學的研究人員開發了一種巧妙的新方法，能夠用來檢測受體與配體之間的單分子相互作用，文章于五月二十四日發表在Science雜志上。研究人員指出，這一方法可以廣泛應用于干細胞、癌癥、感染性疾病和免疫學研究等領域。

　　人體中的細胞并不是單獨執行任務的獨行俠，它們需要與其它細胞或基質進行交流。細胞的許多功能都是由環境中的信號激活，包括細胞增殖、細胞粘附、干細胞分化為不同細胞類型、以及白細胞遷移去抵抗感染等等。這是一種分子水平的雙向通訊，細胞既接受信號，也同時釋放信號。

　　當特定分子與貫穿細胞膜的受體結合后，會使受體激活從而引發一系列級聯反應。科學家們已經對這一機制進行了廣泛的研究。現在，Illinois大學的研究人員首次測定了，將功能調節信號傳遞進入細胞所需的分子力。

　　Illinois大學教授Taekjip Ha和博后Xuefeng Wang開發了被稱為TGT(tension gauge tether)的新方法。人們可以通過這種方法，分析配體激活細胞受體時的單分子相互作用，確定上述作用所需的分子力。研究人員利用TGT技術對整合素integrin進行了研究，integrin是位于細胞膜上的受體蛋白，當配體分子與之結合后，integrin就會激活并介導細胞粘附。

　　研究人員將DNA鏈作為拴在配體分子上的繩索，并用這樣的配體與integrin結合，在TGT系統中只有DNA鏈不斷裂才能激活細胞粘附。他們利用DNA雙螺旋的構造特點對DNA繩索作出調整，得到了一系列能耐受不同張力水平的DNA鏈。

　　“這就像是在釣魚，如果魚能拉斷30磅魚線但拉不斷40磅魚線，就可以判斷它的力量在30-40 磅之間，”Wang解釋道。“我們將這一策略應用到分子張力的檢測中。在哺乳細胞內，配體激活細胞膜蛋白integrin時，需要一定的力。我們用能承受不同拉力的DNA繩索將配體分子固定在一個表面，當integrin與配體結合后，繩索會受到拉力。我們可以通過觀察細胞的粘附狀態，來判斷配體是否使受體激活，并確定激活時DNA繩索所受的力。”

　　單分子相互作用是很難監測的，因此研究人員需要通過觀察細胞行為，來判斷受體的激活情況。研究顯示，配體使受體integrin激活，需要約40 pN的力。

　　“我們的方法可以幫助人們確定，讓活細胞按要求行動所需的單分子力，而這將有助于解決一些難以治療的疾病。癌細胞和干細胞的行為都受到環境的控制，因此在力學基礎上理解和操縱分子通訊，將為相關疾病的治療帶來重要啟示。我們希望TGT方法可以廣泛應用在細胞分化、癌轉移、免疫學和感染疾病的研究中，”Ha教授說。