非肌肉Ⅱ型肌球蛋白在细胞骨架网络中动力学行为的图像分析(已撤稿2016-06-15)

贴壁细胞的形状和弹性(硬度)与细胞骨架网络的形态以及纤维的交联方式密切相关．而细胞骨架网络的形态和组成与细胞中的二型肌球蛋白的活动,尤其是肌球蛋白组装成的肌球蛋白粗丝(minifilament)的活动有关．细胞通过与其外部环境的机械传感(mechanosensing)来调节二型肌球蛋白的活动和肌球蛋白粗丝的相互作用,从而实现对细胞骨架网络重组(remodeling)的控制．当前对活体细胞内二型肌球蛋白的研究从实验测量到理论模型的建立之间还有不小距离,主要是因为直接测量会对细胞结构和生理活动产生影响,而间接测量不能得到肌球蛋白在细胞内活动的准确数据．因此本文提出利用新的免疫荧光显微图像分析技术,例如免疫荧光蛋白图像追踪和局部图像相关函数分析技术,分析HeLa细胞体内肌球蛋白在细胞骨架网络中的动态分布,总结出肌球蛋白主导的细胞骨架和张力纤维组装与分解过程中的基本动力学规律．图像分析结果说明：肌球蛋白纤维在细胞骨架网络构建过程中依次动态处于组装与分解状态,通过其粗丝相对旋转对齐与收缩产生张力以维持纤维束稳定,并形成有不同肌球蛋白和粘着斑数量与分布形态的三类稳定性肌动球蛋白网络,其稳定性和收缩力大小呈正相关、与所结合肌球蛋白数量密度成正比．     

新型细胞骨架分隔丝的结构和功能研究进展

细胞骨架是细胞内的蛋白纤维网状结构,包括人们熟知的微管、微丝和中间纤维.目前研究表明分隔丝(septin filaments)是一类在真核生物中广泛分布的蛋白纤维,逐渐被认为是一种新型细胞骨架结构.分隔丝由可结合GTP的分隔丝蛋白单体(Septin)聚合形成异源复合体,进一步组装成纤维丝.分隔丝可形成纤维束,环状或笼状等结构,并与细胞膜或其他细胞骨架成分发生相互作用.在细胞内,分隔丝参与胞质分裂、细胞迁移、神经元发育和免疫等重要生理及病理过程.分隔丝结构或功能的异常与多种人类疾病如肿瘤等密切相关.本文将从分隔丝的结构、组装调控、功能及与人类疾病的关系等方面综述近年的研究进展.     

肌动蛋白集束调控因子及G蛋白信号转导通路

细胞骨架由微丝、微管及中等纤维组成受不同蛋白因子调控以不同方式组装成不同直径的纤维 ,遍布于一切细胞 ,决定细胞的形状 ,赋予其抗压强度 ,对细胞器及大分子进行空间组织 ,实现胞内的能量转换。在肌动蛋白 (ａｃｔｉｎ)组装成张力纤维和张力纤维解离成肌动蛋白单体过程中有多种蛋白因子参与调控 ,从而使细胞骨架处于一个生理的动态平衡中 ,执行和完成不同的生化反应。在众多的调控蛋白中 ,肌动蛋白集束调控蛋白因子 (ａｃｔｉｎｂｕｎｄｌｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎ)不仅参与肌动蛋白结构调节 ,还与细胞内信号传导有密切关系。已发现的肌动蛋…     

肌原纤维上蛋白质定位问题的研究 Ⅰ.标记抗体的电子显微镜观察在副肌球蛋白定位问题上的初步应用

(一)应用铁蛋白标记抗体的技术对尖蚌闭壳肌白色部分的粗丝作了副肌球蛋白的定位研究。结果支持了许多作者根据小角度X-光衍射和电子显微镜分别从副肌球蛋白肌丝和晶体反映出来的共同特征周期所作的推测,即副肌球蛋白是粗丝的组成部分。从免疫化学反应的结果来看,副肌球蛋白分布于粗丝的表面。(二)粗丝与标记的副肌球蛋白抗体反应后,再经反染,周期为360A的横纹结构更为清晰。此数值恰为一般在副肌球蛋白天然及人工纤维和晶体中所见到的720A周期的一半。这个观察和平行的物化研究以及对副肌球蛋白分子的电子显微镜观察,都证明副肌球蛋白可能具有亚基结构,亚基的长度为360A。(三)观察到粗丝在与标记抗体反应后,有侧向偶联现象。     

细胞骨架纤维间的相互联系

细胞骨架是由微丝、微管及中间纤维组成的蛋白质纤维网络体系.三种骨架纤维具有不同的形态、结构和功能特征,它们在细胞中彼此联系、互相依赖,共同构成完整的细胞骨架系统,在细胞的各项生命活动中起着重要的作用.认识与研究细胞骨架的这三种纤维之间存在的相互联系,揭示它们作用的分子机制,对全面、科学的认识细胞骨架系统在细胞中起所的作用以及对于科学研究都有着重要的意义.     

编者按

<正>微管、微丝和中间纤维等细胞骨架通过与各种结合蛋白的相互作用产生形态多样的网络结构,不仅负责真核细胞及其亚结构的形态发生与维持,也是细胞迁移、分裂和胞内物质运输等活动的执行和参与者。微管不仅作为长距离胞内运输的轨道,而且是中心粒、纺锤体、纤毛等细胞器的核心组分。微丝与微管一样具有极性、高度动态性和多样化的功能,为细胞收缩、铺展能力以及微绒毛等亚结构所必需,也是短距离胞内运输的轨道或推进器。中间纤维种类繁多、结构稳定,具有明显     

弱极低频磁场对Actin骨架组装效率的频率窗口效应初探

前期研究发现,50 Hz弱磁场辐照能明显降低细胞的微丝含量和组装效率,对actin骨架形态也有明显影响.电磁生物学效应是否与辐照场频率相关,一直受到研究者的关注.单体球状肌动蛋白(G-actin)是带电结构,电磁场频率会影响其振荡频率并对微丝聚合效率产生影响.本文从细胞骨架形态和蛋白质两层次,采用免疫荧光技术考察0.4 m T,在35~140 Hz范围内5个频率的极低频磁场(ELF-MF)对FL细胞中纤维状肌动蛋白(F-actin)含量的影响,并采用荧光共振能量转移技术(FRET)验证效应最明显的频率对离体G-actin组装效率的干扰程度.结果显示,相比假辐照组,细胞中F-actin含量在50 Hz辐照组下降了(34.66±3.14)%,110 Hz次之,而另外3组(35、70和140 Hz)无显著性差异.同时利用FRET方法验证,在50 Hz磁场辐照下,离体环境中G-actin组装成F-actin的效率较假辐照组、35和70 Hz组显著降低.经初步分析,G-actin在弱ELF-MF中受到以洛伦兹力和感生电场力的合力为主的相关电磁力干扰,致使组装效率下降,且由于工频磁场周期与微丝组装周期的特殊相干性,在50 Hz频率附近可能存在一个外磁场干扰actin骨架组装的频率窗口.     

活细胞结构力学与荧光张力检测探针

微观力学效应决定着细胞形态结构变化,胞内动力蛋白、肌球蛋白和驱动蛋白等马达分子,构成了细胞微丝微管骨架结构组装的原始驱动力.而以细胞骨架结构为支架的力学感受器,也反馈性调节着细胞力学信号及其生物学效应,组成细胞结构调控必不可缺的力学基础,两者协同调控了机体生理和病理活动.本文从生物微观力学效应和信号入手,介绍了一种基于荧光共振能量转移(FRET)原理的活细胞结构力学检测新技术,将微观结构力学变化转换为光学信号,并采用克隆技术将其插入α辅肌动蛋白、β肌动蛋白及血影蛋白等骨架及相关蛋白质,观察活细胞、组织甚至动物整体水平结构力学变化,为癌细胞侵袭转移、分裂增殖、细胞极化、反分化以及太空失重等生物物理医学研究探寻新的途径.     

FtsZ在钝顶螺旋藻形态建成中的作用

为了研究细胞骨架蛋白FtsZ在螺旋藻形态建成中的作用,通过PCR克隆了ftsZ基因并进行原核表达,对表达的融合蛋白进行了纯化。通过免疫小鼠制备了FtsZ的多克隆抗体。分别用Western blot和免疫荧光技术检测螺旋藻不同形态藻丝体中ftsZ的表达和定位。结果表明,在两株不同螺旋藻Spirulina platensisFACHB869和FACHB882中,ftsZ在直线形藻丝体中的表达量都高于螺旋形藻丝体。免疫荧光定位结果显示,FtsZ蛋白在藻细胞中呈环状分布于细胞膜上,且这种环状结构在直线形藻丝体中排列较密而在螺旋形藻丝体中排列疏松。ftsZ在不同形态藻丝体中的表达量和细胞定位差异说明,细胞骨架蛋白FtsZ可能通过改变细胞刚性而参与螺旋藻形态建成。     

豚鼠食道肌纤维的超微结构和组织化学类型特征

哺乳类骨胳肌纤维,按照它们的生理、形态和生化等特征,可以粗分为快型(或Ⅰ型)和慢型(或Ⅰ型)两种主要类型。骨胳肌纤维的收缩特性与肌球蛋白三磷酸腺苷酶(M-ATPase)的组织化学反应之间存在相应关系。这种肌纤维类型特征间的相关性,也在非骨胳肌的横纹肌,豚鼠的尿道括约肌上观察到。但是,Wareham 和 Whitmore 的工作表明,根据 M-ATPase 组织化学反应,豚鼠食道肌(它也是非骨胳肌的横纹肌)完全由Ⅰ型纤维组成,但是却表现出慢型纤维的收缩特性。我们在本工作中对豚鼠食道肌纤维的超微结构和组织化学类型特征的观察结果进一步表明,通常的骨胳肌纤     

模拟微重力诱导的细胞微丝变化影响COL1A1启动子活性

细胞骨架系统是细胞内的重力感受系统。已知微重力导致的细胞形态、功能、信号传导等多种变化均与细胞骨架系统变化有关,但微重力对相关基因调控的影响知之甚少。本研究以构建的基因工程细胞株（EGFP-ROS）为对象,以回转器模拟微重力效应,利用增强型绿色荧光蛋白（enhanced green fluorescence protein,EGFP）荧光半定量和细胞微丝荧光染色分析技术,探讨回转模拟微重力条件下,细胞微丝系统对Ⅰ型胶原α1链基因（collagen type Ialpha chain 1 gene,COL1A1）启动子活性的影响。空间飞行和回转模拟微重力后,细胞微丝解聚、张力纤维减少,表明微重力可降低细胞微丝结构的有序性,诱导细胞骨架重排。适合剂量的细胞松弛素B处理EGFP-ROS细胞诱导微丝骨架解聚,同时导致COL1A1启动子活性增加,细胞荧光强度增强,并呈现剂量依赖性。因此,一定程度的细胞微丝系统破坏将导致COL1A1启动子活性的增强,证明细胞微丝骨架系统参与了微重力对COL1A1启动子活性调节,且在微重力信号传导中起重要作用。     

中间丝

自60年代后期,陆续发现了直径约8—10nm的细胞质丝。最初由于对这类纤丝的性质不清楚,曾有fila-ments、intermediate filaments、β-filaments、80-100 filaments、100(10nm)filaments诸多命名。至70年代后期才逐渐统一为intermediate filaments(IF)或100A(10nm)filaments。IF的中文名亦很纷繁,如中等纤维、中间纤维、居间纤维、中间丝等。 IF的直径介于肌动蛋白丝与肌球蛋白丝(粗丝)和微管之间,命名冠以“中间”修饰词是恰当的。与微管相对而言,IF、微丝和粗丝同属纤丝filaments范畴。既然microfilaments和thick filaments分别称为微丝和粗丝,那么IF则理应称为中间丝。     

甲壳动物横纹肌的收缩蛋白质与调节机制

甲壳动物横纹肌肌原纤维的肌丝陈列,收缩蛋白质和收缩的Ca²⁺依赖性调节机制与脊椎动物横纹肌有不少差异.脊椎动物横纹肌、甲壳动物快肌与慢肌的粗丝与细丝的数量比依次为1:2,1:3和1:6,肌丝阵列各异.甲壳动物粗肌丝由肌球蛋白和副肌球蛋白组成,其分子装配与脊椎动物不同.细肌丝含有肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白,肌钙蛋白-T分子量较高,肌钙蛋白-C仅1个Ca²⁺结合位点.甲壳动物横纹肌兼有细肌丝调节与粗肌丝调节.     

微丝

生命在于运动,各类生物有机体都在进行运动。动物和人有肌肉,肌肉收缩引起运动。构成肌肉的是肌纤维,肌纤维内有肌原纤维,肌原纤维内有粗细两种纤维,粗纤维含有肌球蛋白,细纤维含有肌动蛋白,两种蛋白相互滑动,使肌肉进行收缩运动。肌球蛋白和肌动蛋白不但分布在肌肉细胞里,还广泛地分布在非肌肉细胞里。在非肌肉细胞里它们以微丝的形式存在。肌动蛋白在2M Mg~(++)或0.1M K~+存在下,在体布能形成微丝,或者以未聚合的肌动蛋白单体的形式存在。各类真核细胞都发现有微丝,动植物细胞的生长和细胞的有丝分裂,细胞质的流动,以及变形虫和粘菌的变形运动,这些都有微丝的功能。     

伴刀豆蛋白A与巨噬细胞膜上受体结合后对微丝组装的影响

本文采用流式细胞术(FCM)和荧光显微术研究ConA与巨噬细胞膜上受体结合后细胞骨架微丝组装的变化,实验证明ConA与膜受体结合后巨噬细胞内微丝含量增多,并且与ConA的浓度有关。荧光显微镜下还可见细胞面积增大。本实验成功地用流式细胞术定量研究活细胞内细胞骨架的变化情况。     

伴刀豆蛋白A与巨噬细胞膜上受体结合后对微丝组装的影响

本文采用流式细胞术(FCM)和荧光显微术研究ConA与巨噬细胞膜上受体结合后细胞骨架微丝组装的变化,实验证明ConA与膜受体结合后巨噬细胞内微丝含量增多,并且与ConA的浓度有关。荧光显微镜下还可见细胞面积增大。本实验成功地用流式细胞术定量研究活细胞内细胞骨架的变化情况。     

微丝的基本性质与细胞核肌动蛋白

微丝,作为细胞骨架的重要成员,普遍存在于所有的真核细胞中。构成微丝的肌动蛋白,与肌球蛋白一起作用,使细胞产生和传导机械力,并促进细胞运动。尽管人们很早就已经认识到体细胞核中存在单体肌动蛋白,但细胞核中聚合的微丝如何动态调控及行使何种功能,仍存在争议。该文概述了微丝细胞骨架的基本性质和成核过程,并讨论细胞核内肌动蛋白的功能。     

NADPH氧化酶介导的氧化应激在细胞骨架相关调控活动中的作用

细胞骨架是细胞赖以生存的内在支撑结构,主要包括微管、中间丝状体及微丝。细胞骨架上游Rho GTP酶的活化、细胞骨架重塑过程和细胞骨架参与的相关细胞功能活动(如迁移和黏附等)均与胞内氧化应激压力有关。NADPH氧化酶(NADPH oxidase,NOX)介导的氧化应激已成为细胞骨架相关活动的重要影响因素之一。因此,认识NOX介导的氧化应激对了解细胞骨架调控相关活动至关重要,为今后深入研究细胞骨架相关疾病奠定理论基础。     

副肌球蛋白在意大利蜜蜂间接飞翔肌中的定位

肌肉收缩是由于肌原纤维中粗、细肌丝相互滑行的结果(Huxley,1988;Huxley,1983;Squire,1986)。许多无脊椎动物肌肉粗肌丝中除含有肌球蛋白外,还存在着含量不同的副肌球蛋白(陈明等,1984、1985)。我们曾经进行过一系列关于意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica Spin)间接飞翔肌原纤维排列及其粗肌丝亚丝结构的研究。间接飞翔肌的粗肌丝从Z-线延伸至另一Z-线(范世藩等,1966),分离的天然粗肌丝经变性剂(脲、胍)处理,可以散开成直径约为5nm的数根亚丝,在一些亚丝上     

电刺激提高骨骼肌微纤维致动器致动性能

生物混合致动器是生物混合机器人的重要部分,该研究利用可光交联水凝胶(GelMA)作为小鼠成肌细胞C2C12细胞的细胞间基质,制作了一种直径为500 μm的微纤维致动器,并探究长时间电刺激对微纤维中C2C12细胞分化及致动能力的影响。该研究利用不同电压的方波脉冲信号在细胞分化期间对细胞进行每天15 min的电刺激,同时利用刚性支架固定微纤维以保持其方向与电场方向一致,并对微纤维施加30%机械拉伸。为表征电刺激对细胞分化的影响,利用ImageJ软件统计肌管长度、宽度与取向角,利用肌球蛋白重链(MHC)荧光染色表征其肌球蛋白重链表达,利用ANSYS有限元仿真计算致动器主动张力。结果表明,该微纤维致动器适合C2C12细胞生长并使其分化形成可收缩的骨骼肌,通过分化期间的长时间电刺激可有效促进C2C12细胞的分化、增大骨骼肌中肌管尺寸并提高微纤维致动器致动性能。其中18 V的电刺激效果最为显著,能使肌管长度有效提高30%,肌管宽度提高24%,肌管主动张力提高198%,使其达到0.21 μN。含有性能增强的骨骼肌的微纤维致动器可进一步应用于生物混合机器人组装领域,在药物筛选和骨骼肌再生等基础研究领域...