急性脑缺血/再灌注损伤后神经元细胞骨架蛋白的动态变化

目的探讨急性脑缺血/再灌注大鼠神经元细胞骨架蛋白时空动态变化。方法线栓法阻断大鼠大脑中动脉90 min后实现再灌注,在不同再灌注时间点观察及取材。尼氏染色观察神经细胞损伤,采用神经功能缺损评分和前肢放置实验评估神经功能;免疫组化染色、免疫印迹法观察细胞骨架成分微管相关蛋白2(microtubule associated protein 2,MAP2)、神经丝重链(neurofilament heavy chain,NF-H)的变化;透射电镜观察轴突、树突和神经丝亚显微结构。结果随着再灌注时间的延长,脑损伤和神经行为功能损害逐渐加重。纹状体损伤比皮层出现的更早、更严重。缺血区域的MAP2相关免疫反应强度降低,NF-H相关免疫反应强度升高。超微结构观察显示细胞骨架排列受损,密度降低。结论不同脑区对缺血/再灌注损伤的耐受性不同。神经元细胞骨架的主要成分对缺血和再灌注表现出动态反应,这可能进一步促进脑损伤和神经功能缺损。

细胞骨架

人教版(2019)高中生物(必修1)简单提到细胞骨架及功能:细胞质中的细胞器并非是漂浮于细胞质中,细胞质中有着支持它们的结构——细胞骨架.细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构,维持着细胞的形态,锚定并支撑着许多细胞器,与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关.初次接触这一概念,学生很难真正理解细胞骨架如此众多的功能.

Piezo1通过驱动肌动蛋白细胞骨架重塑促进宫颈癌侵袭迁移的机制研究

目的 探讨Piezo1通过驱动肌动蛋白细胞骨架重塑在宫颈癌侵袭迁移中的作用及机制。方法 采用免疫组化和Western blot法检测宫颈癌组织和细胞系中Piezo1和F-actin的表达;慢病毒转染沉默宫颈癌细胞系Siha及Hela中Piezo1基因,利用Transwell实验研究Piezo1对宫颈癌侵袭和迁移的影响,鬼笔环肽染色观察Piezo1对肌动蛋白细胞骨架的重塑作用,并进一步通过干预细胞骨架聚合状态以证实Piezo1影响宫颈癌侵袭迁移的机制。结果 宫颈癌组中Piezo1和F-actin表达量显著高于对照组,且有转移的宫颈癌组比无转移的宫颈癌组表达更高;沉默Piezo1下调了SiHa及HeLa细胞系中F-actin的表达,并抑制宫颈癌侵袭和迁移,这种抑制作用可被肌动蛋白聚合诱导剂Jasplakinolide部分解除,而激动Piezo1则上调F-actin表达,且促进宫颈癌侵袭和迁移,这种促进作用可被肌动蛋白解聚剂Latrunculin A所抑制。结论 Piezo1在宫颈癌中高表达,并驱动肌动蛋白细胞骨架重塑以促进宫颈癌侵袭和迁移。

PAK4在细胞骨架和细胞周期调控中的作用研究进展

p21活化蛋白激酶(p21-activated protein kinase,PAK)是一类高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白家族,是Rho家族小GTP酶的效应蛋白,参与多种信号通路传导。PAK4是PAK家族中最有代表性的成员,通过磷酸化下游底物,调控细胞骨架重组、细胞增殖和细胞周期进展等。PAK4过表达见于胰腺癌、胃癌和卵巢癌等多种肿瘤,参与肿瘤发生和肿瘤迁移等过程。研究PAK4的结构、作用机制对于揭示细胞周期调控和肿瘤生物学行为有重要价值。本文阐述和归纳了PAK4的结构、激活过程及其在细胞骨架、细胞周期进展中的生物学作用,并综述了PAK4调控妇科肿瘤发生发展以及PAK4抑制剂的最新研究进展。

Anagliptin通过SOD-1/ROS调控细胞骨架蛋白生成抑制CT-26细胞迁移的实验研究

目的研究二肽基肽酶-4(DPP-4)抑制剂Anagliptin对结直肠癌细胞迁移的作用。方法体外培养CT-26细胞;CCK-8实验检测细胞活力;蛋白质印迹实验(Western blotting)检测超氧化物歧化酶-1(SOD-1)和超氧化物歧化酶-2(SOD-2)表达;Transwell小室检测细胞迁移能力;免疫荧光实验检测细胞骨架蛋白(F-actin)和细胞内活性氧原(ROS)形成。结果CCK-8实验显示,2 mmol/L Anagliptin具有促CT-26细胞凋亡作用(P<0.01)。1 mmol/L Anagliptin孵育CT-26细胞后,CT-26细胞迁移能力明显下降(0.375±0.028,P<0.01)。共孵育Anagliptin和Tempol(ROS清除剂)后可明显拮抗由Anagliptin所引起的CT-26细胞迁移抑制(0.527±0.035,P<0.01)及细胞内ROS累积(1.395±0.0553,P<0.01)。CT-26细胞孵育Anagliptin后,细胞内SOD-1表达下降(0.665±0.028,P<0.01),而SOD-2表达无变化(P>0.05)。SOD抑制剂DDC孵育CT-26细胞后,细胞迁移能力明显下降(0.206±0.009,P<0.01)。共孵育Anagliptin和Tempol后拮抗由Anagliptin所引起的CT-26细胞骨架蛋白F-actin合成下降。结论Anagliptin通过SOD-1/ROS途径调控细胞骨架蛋白(F-actin)生成抑制CT-26细胞迁移。

细胞骨架蛋白MACF1与骨组织细胞力学感知

目的微管微丝交联因子1(microtubule actin cross-linking factor 1,MACF1)对不同力学刺激敏感,本研究旨在探索MACF1在骨组织细胞力学信号感知中的作用及机制。方法以随机回转为模拟失重条件,从分子细胞及整体动物水平研究MACF1在骨组织细胞力学信号转导中的作用及机制。结果(1)模拟失重条件下,成骨细胞中MACF1表达下调,并通过调节Wnt/β-catenin以及BMP信号通路,抑制骨形成;同时破骨前体细胞中MACF1表达上调,并通过调节Rho A/ROCK1通路调控破骨细胞的迁移和细胞分化,而促进骨吸收;(2)MACF1通过结合多种成骨细胞分化的负调控分子,使这些负调控分子无法入核而促进成骨分化相关基因的表达;(3)MACF1相关的非编码RNA(mi R-138-5p、lnc PMIF)的抑制剂可缓解失重性骨质流失;(4)MACF1通过调节微丝骨架重排及ERK信号通路,而改变细胞力学性能并参与模拟失重条件下成骨细胞分化抑制过程;并且MACF1在失重条件下发生液液相分离(liquid-liquid phase separation,LLPS)响应模拟失重条件并影响了微管骨架动力学。结论MACF1在不同的骨组织细胞中对力学刺激均敏感,并通过调控多条信号通路以及细胞骨架动力学,而参与骨组织细胞力学信转导。

线粒体动力学与细胞骨架的研究进展

线粒体以腺苷三磷酸(adenosine-5′-triphosphate,ATP)的形式为细胞提供能量,介导细胞凋亡、自噬并参与细胞内钙稳态调节等^([1])。机体通过调控线粒体动力学来维持细胞健康、动态的网络^([2])。众所周知,细胞骨架在维持细胞形态、运动等方面起重要作用。

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

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。

陈静海研究员团队解析细胞骨架与线粒体网络结构调控肌细胞分化的新机制

近日,浙江大学转化医学研究院/医学院附属第二医院陈静海研究员团队联合西安交通大学丁健教授团队在《细胞死亡和分化》(Cell Death&Differentiation)在线发表题为“Adapting cytoskeleton-mitochondria patterning with myocyte differentiation by promyogenic PRR33”的研究论文(DOI:10.1038/s41418-024-01363-w),揭示了细胞骨架与线粒体网络结构调控肌细胞分化的新机制。该研究发现PRR33(Proline rich 33)蛋白在骨骼肌中高表达并与细胞骨架蛋白DESMIN结合调控线粒体排列及功能,从而参与调节肌细胞分化进程。

不同物理形貌对树突状细胞伪足小体及细胞骨架分布的影响

目的在生物体内,细胞无时无刻与细胞外基质发生接触,细胞外基质的物理形貌可通过机械传导影响细胞的生物学功能。作为重要的固有免疫细胞,树突状细胞可在体内不停巡逻、识别抗原并加工提呈给T细胞,进而启动适应性免疫应答。目前,尚不清楚树突状细胞巡逻过程中面对不同的物理形貌会有怎样的感知及反应。本研究通过构建平面基底和圆柱型凹槽基底探讨不同物理形貌对树突状细胞伪足小体形成及细胞骨架分布的影响。方法通过光刻和微加工技术制备圆柱型凹槽微结构;活细胞观测细胞自由迁移情况;免疫荧光技术检测细胞骨架相关蛋白F-actin、tubulin和伪足小体相关蛋白vinculin的表达及空间定位情况。结果活细胞观测显示,相较于平面基底,树突状细胞在圆柱形凹槽基底中表现出绕圈迁移的特点。免疫荧光结果显示,在平面基底中树突状细胞F-actin主要位于细胞周围,tubulin主要位于细胞内部,vinculin主要位于细胞与平面基底接触部位。而在圆柱形凹槽基底中,树突状细胞F-actin、vinculin在凹槽侧壁有更为明显的聚集,tubulin则在细胞内部均匀分布。结论不同的物理形貌可以影响树突状细胞微丝及伪足小体的分布。目前的研究为进一步探讨不同的物理形貌对树突状细胞迁移及吞噬功能的影响奠定基础。

赵斌教授团队揭示细胞骨架蛋白进入细胞核内调控肝细胞癌表观遗传及其细胞分化

2024年4月1日,《肝脏病学》(Hepatology)在线刊登了浙江大学生命科学研究院赵斌教授团队的科研成果“Nuclear KRT19 is a transcriptional co-repressor promoting histone deacetylation and liver tumorigenesis”(DOI:10.1097/HEP.0000000000000875)。研究证明了角蛋白19(KRT19)在肝细胞癌(以下简称肝癌)发生和去分化过程中的功能和作用机制,提出了针对性治疗策略。

三维基质刚度通过细胞骨架微丝调控树突状细胞免疫功能的机制研究

目的目前已知,肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)是免疫细胞抗肿瘤免疫应答的主要场所,其中抑制性的生化因素是导致肿瘤免疫逃逸的重要原因。除了生化因素之外,肿瘤细胞代谢产生的自由基等可导致细胞外基质重塑,形成异常的力学微环境(维度,硬度和拓扑结构等),其对免疫细胞的影响仍知之甚少。作为机体最强大的抗原呈递细胞,树突状细胞(dendritic cells,DCs)在抗肿瘤免疫应答中发挥着关键作用。然而,基于DCs的抗肿瘤免疫应答治疗仍存在治疗效率不高等问题,除了考虑生化因素之外,肿瘤细胞外基质的异常力学环境可能也是影响DCs发挥免疫功能的一个重要因素。方法基于此,本文以明胶和透明质酸为基质材料,通过共价交联协同席夫碱的交联策略构建不同刚度的细胞外基质用于DCs的三维培养。结果和结论中等刚度细胞外基质可促进DCs的骨架重构,形成较长的丝状伪足,从而调控细胞多向极化分布。此外,DCs表面标志物和免疫功能的检测结果表明刚度可调控DCs趋于成熟状态。综上所述,不同刚度的三维基质培养DCs能够激活DCs的机械传感途径进而影响DCs的免疫功能。本课题的开展有利于深入理解肿瘤的免疫逃逸机制,可为改善基于DCs的抗肿瘤免疫治疗的临床效率提供理论依据。

有关“细胞骨架”的系列探究性学习活动设计

探究性学习过程有助于学生主动地获取知识,建构完整的知识体系,实现知识的理解、迁移和运用。本文介绍了在普通高中开展有关“细胞骨架”的系列探究性学习活动方案,从而促进深度学习与高阶思维的培养,实现学科核心素养的全面提升。

连接蛋白30在运动型星形胶质细胞中局部调控肌动蛋白细胞骨架和机械重构

在大脑成熟过程中,星形胶质细胞形成了复杂的形态结构,展现出强烈的结构可塑性。连接蛋白30(Cx30),是一种在出生后表达的缝隙连接通道形成蛋白,在发育过程中通过控制细枝状突起的分支和延伸来动态调节星形胶质细胞的形态特性。然而,其背后的机制尚未被探索。我们在体外发现Cx30在星形胶质细胞中与肌动蛋白细胞骨架相互作用,并在细胞迁移期间抑制其结构重组和动态变化。

成纤维细胞骨架蛋白变化与心肌纤维化关联机制研究进展

成纤维细胞转化为肌成纤维细胞是心肌纤维化的关键过程之一。细胞骨架蛋白作为细胞结构与功能的主要承载者,其在成纤维细胞转化过程中发生的变化将影响肌成纤维细胞的功能及心肌纤维化的发展。成纤维细胞骨架蛋白按照不同功能可分为肌动蛋白、微管和中间丝。其中,肌动蛋白家族的α-平滑肌肌动蛋白、微管相关的鸟苷酸交换因子H1和中间丝家族的巢蛋白在成纤维细胞转化过程中发生明显变化。本文总结成纤维细胞及上述3种成纤维细胞骨架蛋白的变化与心肌纤维化的关联,讨论成纤维细胞转化导致心肌纤维化的机制。

细粒棘球蚴囊液通过诱导细胞骨架重排抑制脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞迁移和吞噬功能

目的探讨细粒棘球蚴囊液(EgCF)对脂多糖(LPS)诱导巨噬细胞骨架重排及吞噬和迁移功能的影响。方法分离C57BL/6小鼠腹腔巨噬细胞体外培养,分为空白对照组、LPS组、LPS联合EgCF组。处理48 h后,罗丹明标记的鬼笔环肽染色纤维型肌动蛋白(F⁃actin)结合荧光显微镜观察细胞骨架变化,TranswellTM小室检测细胞迁移能力,流式细胞术检测细胞吞噬能力。处理1 h后,Western blot法检测磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)、蛋白激酶B(AKT)、磷酸化的AKT(p⁃AKT)、Ras相关的C3肉毒素底物1(Rac1)、鸟苷三磷酸⁃Rac1(GTP⁃Rac1)、Wiskott⁃Aldrich综合征蛋白(WASP)及肌动蛋白相关蛋白2(Arp2)蛋白表达。结果与对照组相比,LPS刺激后,巨噬细胞变形明显,伪足伸出增多,迁移能力和吞噬能力显著提高,F⁃actin增加,在伪足中分布较多,PI3K、p⁃AKT、GTP⁃Rac1、WASP及Arp2蛋白表达显著增加。与LPS组相比,LPS联合EgCF组中细胞收缩变圆,伪足伸出减少,迁移能力降低,吞噬能力减弱,PI3K、p⁃AKT、GTP⁃Rac1、WASP及Arp2蛋白表达均显著下降。结论LPS诱导巨噬细胞迁移并增强其吞噬能力,EgCF处理抑制以上作用,与肌动蛋白细胞骨架重排有关。

OSBPL2介导RhoA/ROCK2信号通路调控听觉细胞肌动蛋白细胞骨架

目的:探索氧化固醇结合蛋白样蛋白2(oxysterol binding protein-like 2,OSBPL2)对听觉细胞肌动蛋白骨架形态和功能的影响及其相关分子机制。方法:采用OSBPL2基因敲除(Osbpl2-KO)HEI-OC1细胞探讨OSBPL2缺陷对听觉细胞肌动蛋白细胞骨架形态和功能的影响;扫描电镜观察Osbpl2-KO小鼠毛细胞静纤毛形态;Western blot实验检测HEI-OC1细胞和耳蜗内Rho/ROCK信号通路关键效应因子Rho激酶2(Rho-associated coiled-coil-containing protein kinase 2,ROCK2)、Lim激酶1(LIM domain kinase 1,LIMK1)、肌动蛋白解聚因子/丝切蛋白1(actin depolymerizing factor/cofilin 1,ADF/CFL-1)的表达水平。结果:Osbpl2-KO HEI-OC1细胞微丝骨架中纤维肌动蛋白(F-actin)的分布明显减少,细胞外周微刺突和丝状伪足明显减少,细胞迁移能力明显减弱;扫描电镜下观察发现Osbpl2敲除导致小鼠耳蜗内毛细胞静纤毛变短且排列紊乱;Western blot检测结果表明,在HEI-OC1细胞和小鼠耳蜗中OSBPL2-KO均导致RhoA/ROCK2信号通路的抑制。结论:在听觉细胞中OSBPL2介导的RhoA/ROCK2信号通路在维持肌动蛋白细胞骨架形态和功能的过程中发挥重要的调控作用。

细胞骨架相关蛋白4在肾透明细胞癌中的表达及其临床意义

目的 探讨细胞骨架相关蛋白4(cytoskeleton-associated protein 4,CKAP4)在肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)中的表达及其临床意义。方法 收集237例ccRCC患者的癌组织和癌旁组织,采用免疫组化法检测CKAP4蛋白的表达水平,采用χ^(2)检验比较不同CKAP4蛋白表达水平患者的临床病理特征,Kaplan-Meier法和Log-rank检验分析不同CKAP4表达水平患者总生存期(overall survival,OS)和无进展生存期(progression-free survival,PFS)的差异,Cox比例风险回归分析影响ccRCC患者术后OS和PFS的因素。结果 ccRCC组织中CKAP4蛋白的高表达率显著高于癌旁组织(54.0%vs 23.6%,χ^(2)=46.050,P<0.001)。Fuhrman分级高、肿瘤浸润深、有淋巴结转移、远处转移以及TNM分期高的ccRCC患者癌组织中CKAP4蛋白高表达(均P<0.05)。CKAP4蛋白高表达的ccRCC患者OS率(χ^(2)=6.394,P=0.011)和PFS率(χ^(2)=10.065,P=0.002)均较CKAP4蛋白低表达者显著降低。CKAP4蛋白高表达是影响ccRCC患者术后OS(HR=2.884,95%CI:1.425~4.765,P<0.001)和PFS(HR=3.512,95%CI:1.987~5.326,P<0.001)的独立危险因素。结论 CKAP4蛋白在ccRCC组织中呈高表达,且CKAP4蛋白高表达是ccRCC患者不良预后的独立危险因素。

动态细胞骨架网络的自组织与力学性能

细胞骨架是由微管、肌动蛋白丝和中间纤维三种蛋白丝为主要成分组成的复合动态网络结构,在结合蛋白、辅助调节蛋白和马达蛋白的参与下帮助细胞实现运动、分裂和生长等基本生命过程。研究体外纯化的细胞骨架蛋白和马达蛋白网络,可以深入了解控制自组织亚细胞结构动力学行为的基本原理,为设计类似生命的活性物质和机器提供方向。本文综述了近年来基于纯化蛋白在体外简化环境中实现的细胞骨架蛋白-马达蛋白网络,重点介绍其非平衡本质、活性应力和动态网络的产生,以及这种动态网络对亚细胞结构和宏观尺度活性材料自组织过程的影响。此外,还简要介绍了细胞骨架蛋白-马达蛋白网络在构建体外仿生系统中的应用。

微管细胞骨架在小鼠脑缺血/再灌注超急性期海马CA1区组织中的表达及意义

为探讨微管细胞骨架在小鼠脑缺血/再灌注(I/R)超急性期(6、12、24 h)海马CA1区神经元中的变化情况,初步阐明微管细胞骨架对早期脑缺血/再灌注损伤的影响,将96只8周龄健康雄性ICR小鼠随机分为假手术组(24只)和I/R组(72只), I/R组通过Longa改良线栓法制备小鼠左侧大脑中动脉栓塞模型,采用2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)染色评估各组小鼠脑缺血梗死体积,采用尼氏(Nissl)、Fluoro-Jade C (F-JC)和Neun染色检测各组小鼠海马CA1区神经元死亡情况,应用IF染色和Western blot试验检测小鼠海马CA1区微管细胞骨架相关蛋白α-tubulin、β-tubulin、acetyl-tubulin、β-tubulinⅢ和MAP2蛋白的表达水平。结果表明:与假手术组相比,I/R组在6、12、24 h时小鼠脑缺血梗死面积百分比明显增大(P<0.05),随再灌注时间和延长,脑缺血梗死面积百分比逐渐增大。Nissl、F-JC和Neun染色结果显示,I/R组在6、12、24 h时小鼠神经元随再灌注时间的延长,神经元损伤加重且存活数逐渐减少(P<0.05)。而免疫荧光染色结果表明,与假手术组相比,I/R组在6、12、24 h时小鼠海马CA1区微管细胞骨架相关蛋白β-tubulin、acetyl-tubulin、β-tubulinⅢ和MAP2表达水平明显下降(P<0.05)。综上,在小鼠I/R超急性期,微管细胞骨架相关蛋白随时间的延长,呈先缓慢后快速降解的趋势,且微管解聚进程与神经元死亡进程呈正相关,其微管细胞骨架参与早期I/R损伤进程。