十年来，科学家们已经知道，与其他细胞融合以执行其基本功能的细胞(例如结合在一起形成纤维的肌肉细胞)会形成长远的投射，并侵入其融合伙伴的领土。但是，尚不清楚此过程中涉及的薄而松软的聚合物如何推动机械上坚硬的突起。

在今天在线发表在《自然细胞生物学》上的一项新研究中，UT西南大学的科学家概述了这些预测背后的机制，重点研究了肌动蛋白和动力蛋白这两种蛋白质之间的相互作用。他们说，这些发现提供了对关键细胞过程的洞察力，这对于多细胞生物的概念，发育，再生和生理至关重要，并且最终可能会导致罕见肌肉疾病的新疗法。

UT西南医学中心分子生物学和细胞生物学系教授，研究负责人伊丽莎白·陈(Elizabeth Chen)博士解释说，细胞融合涉及三个主要步骤。首先，粘附分子将细胞膜拉在一起，但在细胞之间留有间隙。接下来，一个细胞延伸出手指状的突起，并侵入另一个细胞。最后，所谓的融合蛋白使细胞膜更紧密地接触和融合。

Chen说，对于这一中间步骤，她实验室和其他实验室的研究表明，称为肌动蛋白的蛋白质在形成预测中起着关键作用。但是，肌动蛋白会形成松软且稀薄的聚合物，称为肌动蛋白丝，每条直径仅为7纳米。这些细丝如何在机械上变得足够坚硬以推出可以侵入其他细胞的突起物还不清楚。

为了解决这个问题，Chen和她的同事研究了肌动蛋白与动力蛋白的相互作用，这种蛋白可以从整个细胞中发现的特定化学键中释放能量。动力的作用之一是通过在从细胞膜突出的囊泡的“颈部”周围形成结构来夹住将货物带入细胞的新形成的囊泡。尽管先前的研究表明，动力蛋白和肌动蛋白在许多细胞结构中相互关联，但如何协同工作仍是二十年来的一个谜。

Chen和她的团队以果蝇肌肉细胞为模型系统，首先观察了基因改造的胚胎中的肌肉细胞融合情况，认为该基因不产生任何功能性的动力蛋白。他们发现，如果没有动力蛋白功能，这些细胞不仅无法融合，而且无法形成正常的投影，这表明动力蛋白在这一过程中起着关键作用。

然后，研究人员使用显微镜仔细观察了纯化的动力蛋白和肌动蛋白在等量混合后如何相互作用。他们发现肌动蛋白丝似乎是由动力蛋白以规则间隔隔开的束组织在一起，当多个动力蛋白分子组装在一起时，后者形成螺旋。出人意料的是，这些肌动蛋白丝不是结合在肌动蛋白丝周围的动力蛋白螺旋丝，而是结合到了螺旋蛋白的外缘，每个螺旋丝最多捕获16条丝蛋白。

Chen说，尽管此实验表明，动力蛋白具有捕获多条肌动蛋白丝并将其束缚成更牢固束的能力，但完全占据的动力蛋白螺旋不太可能在细胞中持续很长时间，在这种细胞中，充足的能源可能导致这些动力蛋白结构分解成单个单元丰富。果然，当研究人员将能量源添加到动力素-肌动蛋白混合物中时，动力素螺旋确实分开了，但不是以同步的方式分开的。当完全组装好的螺旋破裂时，其他的仍然存在-将肌动蛋白束保持在一起，同时允许新的细丝从没有被动力蛋白束缚的区域散发出来。Chen说，这种动态过程最终导致形成多个相互连接的平行肌动蛋白束，从而进一步提高了肌动蛋白网络的机械强度。

尽管Chen和她的同事们使用肌肉细胞作为模型系统，但Chen指出，他们在这里发现的肌动蛋白和动力蛋白之间的相互作用可能在其他类型的细胞融合中发挥关键作用，例如在骨吸收细胞之间或免疫细胞之间。此过程中的缺陷也可能导致一些罕见的疾病，例如中心核肌病，这种疾病是肌肉细胞形成过小的纤维。先前的研究表明，动力蛋白的多个基因突变可导致这种疾病。

Chen说：“我们对研究人类突变如何阻止融合过程感兴趣，这最终可能导致新的干预和帮助这些患者的方法。”