最近，新加坡國立大學(xué)力學(xué)生物學(xué)研究所（MBI）的研究人員，在我們對于細胞生物學(xué)的理解方面取得了重大突破；他們提供證據(jù)表明，分子結(jié)構(gòu)固有的“旋向性（handedness）”，指導(dǎo)單個細胞的行為，并賦予它們感知左和右之間差異的能力。這項研究結(jié)果三月二十三日發(fā)表在Nature旗下子刊《自然細胞生物學(xué)》（Nature Cell Biology）。

細胞決策制定

我們的身體是由數(shù)百種細胞構(gòu)成，每一種細胞都執(zhí)行一項獨特而高度專業(yè)化的任務(wù)。傳統(tǒng)上，細胞專注于一種特定功能的能力，歸因于它的遺傳密碼。然而，越來越清楚的是，細胞不只是靠一組遺傳的或預(yù)定的指令為生。相反，“細胞決策”的制定是動態(tài)的，就像人類根據(jù)感官所提供的信息而做出決定。

雖然細胞沒有看或聽的能力，但它們有傳感結(jié)構(gòu)，可讓它們檢測和測量各種各樣的環(huán)境刺激。例如，施加給細胞的機械力，將會被感覺到，并且細胞會相應(yīng)地作出反應(yīng)。其中最為突出的細胞反應(yīng)是改變形狀，這個屬性體現(xiàn)在，特定細胞具有各種各樣的形狀。

細胞的感覺一直被認為是各種力傳感細胞結(jié)構(gòu)所為，如細胞骨架。這種結(jié)構(gòu)明顯不同于其同名物——人類骨骼的結(jié)構(gòu)，除了提供結(jié)構(gòu)支持之外，它們是高度動態(tài)的。例如，這個分子絲或分子導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)，也產(chǎn)生驅(qū)動形狀改變甚至運動性的力量。隨著細胞骨架的發(fā)展，單個蛋白絲生長并收縮。它們捆綁在一起形成較厚的纖維束，并且它們會移動或收縮。這些過程統(tǒng)稱為“細胞骨架動力學(xué)”。

一直以來都吸引著科學(xué)家的問題是：細胞骨架動力學(xué)如何可以直接指導(dǎo)不同類型細胞的行為？為了解決這個問題，MBI 的Alexander Bershadsky教授和Tee Yee Han博士，與來自美國和以色列的研究人員合作，使用一種被稱為“微米級圖案化（micro-patterning）”的技術(shù)，在被局限于一個小的圓形區(qū)域的細胞中觀察細胞骨架。這會阻止細胞改變形狀，從而使研究人員能清楚地觀察細胞骨架動力學(xué)。

一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)

研究結(jié)果對研究人員來說，猶如一個驚喜。在細胞骨架的組織過程中，研究人員觀察到了明顯的左右不對稱。這種不對稱性——表現(xiàn)為一種混亂，長絲在細胞內(nèi)逆時針運動——被認為起源于單個肌動蛋白微絲中存在的固有扭曲。這種螺旋扭曲自然發(fā)生時，單個肌動蛋白結(jié)合在一起，形成長的肌動蛋白導(dǎo)線，可組成整體結(jié)構(gòu)。這個看似簡單的屬性有著深刻的影響，因為它表明，一個蛋白質(zhì)的不對稱被轉(zhuǎn)化為一個完整細胞的不對稱行為。這類似于捻一個螺釘或螺栓，從而指導(dǎo)它所在機器的功能或行為。

細胞區(qū)分左、右的能力，這種現(xiàn)象將繼續(xù)吸引著科學(xué)家。從本研究可以清楚地看出，分子結(jié)構(gòu)中固有的不對稱性，可以定義整個細胞的行為，這對于細胞根據(jù)其環(huán)境機械性能“做出決定”的能力，提供了新的見解。然而，這些研究結(jié)果也提出了有趣的問題：是否相同現(xiàn)象會影響我們的器官的形成和功能，甚至影響機體的行為。事實上，相對簡單的生物學(xué)系統(tǒng)，如基于設(shè)定模式生長的細胞，在它們的運動中顯示出明顯的不對稱性。在另一個極端，大腦功能和人類認知，取決于神經(jīng)細胞的不對稱行為。分子結(jié)構(gòu)固有的不對稱性是否能夠定義細胞、組織或生物體的行為？這些問題無疑將推動進一步的研究。