NatureCommunications：細胞如何感知周圍環境

　　“我們的研究著眼于細胞從環境獲取信息的方式，”普林斯頓生命科學Howard A. Prior教授、Lewis-Sigler綜合基因組學研究所分子生物學教授Ned Wingreen說。“由于肌肉、骨頭等組織在細胞尺度上排列無序，細胞只能在有限的周圍區域進行測量。我們的工作是模式化這些細胞收集信息的方式。”本文發表于7月18日的《Nature Communications》。

　　器官和組織浸沒在被稱為細胞外基質的高纖維結構之中，為細胞生存、移動和分化提供支持。細胞通過將粘性蛋白探出表面與附近纖維相互作用。

　　以前的工作大多采用人工平整表面，顯示細胞使用觸覺反饋來決定機械傳感（mechanosensing）過程的剛性和彈性。但是，天然基質纖維處于一個雜亂的三維網絡，因此，我們并不清楚細胞從周圍環境實際能收集多少有用信息。

　　為了找出答案，研究人員建立了一個位于膠原蛋白基質中的典型細胞的計算模擬器。此外，團隊還模擬了位于纖維網絡中的細胞。為了準確地捕捉這些基質網絡構型，他們與前普林斯頓研究員現Ludwig-Maximilians大學物理學教授Chase Broedersz及其同事合作，首創了一款基質物理模型，創建方法源自文章合作者、哈佛大學系統生物學家David Weitz團隊。普林斯頓研究生Farzan Beroz運用這些模型在計算機上重現了膠原蛋白和纖維蛋白網絡的虛擬模型。

　　 細胞能感覺到周圍組織是軟是硬嗎？答案是能。這項發現解開了癌細胞如何檢測到已經著陸到了一個具有支持腫瘤生長能力的器官，以及到達傷口附近細胞才開始分泌促愈合的蛋白質之謎。 原來，細胞通過牽拉附近纖維，使基質網絡發生相應變形。膠原蛋白和纖維網絡二者的集體剛性范圍很大，從可彎曲到非常硬，所以彼此靠近所花費的時間非常短暫。因此，細胞附近有兩種探針，分別檢測硬度和柔軟性，僅憑機械傳感細胞很難感知周圍組織類型。“我們驚訝地發現，甚至在一個很小的距離內，細胞環境差異也相當大。”

　　研究人員得出結論，細胞必須左右移動和改變形狀，如延長自己覆蓋不同基質區域，才能準確地評估環境狀況。“我們在模擬器中證實了實驗主義的發現，”Wingreen說。“還揭示了細胞感知周圍組織環境的新策略。”