作者：姜洪源细胞体积压力调控力学性质收缩力细胞骨架外力作用力学生物学
摘要：水是生命之源,细胞内部的各种生化过程都离不开水分子的参与,而细胞体积的变化会直接改变细胞内水分子含量,进而影响细胞内蛋白质的水化。蛋白质以及与蛋白质结合的水分子占据了很大一部分细胞内空间,留给自由水分子的空间是非常有限的。因此,即便是很小比例的细胞内水分子的损失或增加也会极大的影响蛋白质功能和细胞的正常活动。细胞体积调控机制的紊乱与多种疾病密切相关,如肝功能不全、糖尿病酮症酸中毒、分解代谢过度、纤维化疾病和镰状细胞性贫血。另外,细胞体积的改变对许多生物过程,例如细胞增殖、细胞迁移、细胞死亡、跨膜输运、病原-宿主相互作用、激素和递质的释放都起到至关重要的作用。本文试图回答以下三个问题:(1)在渗透压冲击或者外力作用下,细胞如何动态调节其体积和压力?(2)细胞体积变化如何影响细胞各种生理过程,例如细胞黏附、细胞铺展、细胞力学性质、细胞迁移和细胞分化?(3)如何人为地调控细胞体积,从而达到调控各种细胞生理过程的目的?针对这些问题,首先考虑水和离子的主动或被动输运、细胞膜张力、以及由于肌球蛋白在细胞骨架上运动所产生的收缩力在内的多种因素,建立了细胞体积和压力调控机制的基本力学生物学模型[1],阐明了在渗透压冲击或者外力作用下细胞体积和压力的动态调控机制。在此基础之上,进一步通过理论预测和实验验证进一步发现并证实了与二维平表面上的细胞迁移截然不同的、不依赖于细胞黏附的一种癌细胞迁移的新机制(Osmotic Engine Model),阐明了在细小管道内水分子和各种离子由细胞前端进入细胞,从后端离开细胞,从而实现细胞整体向前运动的这样一种新的细胞运动方式,揭示了水分子和离子的跨膜输运对细胞迁移的重要作用[2]。这项研究成果有助于了解癌�
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