撰文 | 風(fēng)

細(xì)胞不斷重塑形態(tài)，因此需要辨別無(wú)害與危及存活的形變。質(zhì)膜機(jī)械傳導(dǎo)具有高敏感性，通過(guò)牽張激活通道、整合素黏附等機(jī)制感知細(xì)胞體表面及周邊的微小應(yīng)變。相反，核膜機(jī)械傳導(dǎo)（nuclear membrane mechanotransduction， NMMT ）在細(xì)胞遭遇嚴(yán)重限制、明顯滲透膨脹或其他導(dǎo)致核膜加壓拉伸的應(yīng)激時(shí)才會(huì)啟動(dòng)【1】，也就是說(shuō)，核膜可以檢測(cè)威脅細(xì)胞和組織活力的變形，以觸發(fā)緊急修復(fù)或炎癥信號(hào) （詳見(jiàn)BioArt報(bào)道： ） 。作為強(qiáng)大的生物活性脂質(zhì)信號(hào)傳導(dǎo)，類二十烷酸級(jí)聯(lián)反應(yīng)由核膜機(jī)械傳導(dǎo)調(diào)控【2】。具體而言，內(nèi)核膜張力（inner nuclear membrane tension， T INM ）增高導(dǎo)致質(zhì)膜脂質(zhì)排列缺陷（lipid-packing defects， LPDs ），促使細(xì)胞核力學(xué)傳感器-細(xì)胞質(zhì)磷脂酶A2（cytosolic phospholipase A2， cPLA2 ）由胞質(zhì)向核膜募集。該過(guò)程需要Ca 2+ 信號(hào)的協(xié)同，形成雙重激活機(jī)制：物理張力改變膜結(jié)構(gòu)，同時(shí)觸發(fā)Ca 2+ 濃度變化，兩者共同激活cPLA2的催化活性，促進(jìn)核膜釋放花生四烯酸，后者進(jìn)一步代謝為前列腺素、白三烯、氧代二十碳烯酸等生物活性脂質(zhì)調(diào)控多種生理過(guò)程。研究顯示cPLA 2 -NMMT通路調(diào)控白細(xì)胞對(duì)上皮屏障完整性的滲透壓監(jiān)測(cè)、有絲分裂進(jìn)入、胚胎細(xì)胞/免疫細(xì)胞/癌細(xì)胞的受限遷移、樹(shù)突狀細(xì)胞趨化性及細(xì)胞分化【3-5】。核膜機(jī)械傳導(dǎo)的前提是變形引起的T INM ，但這一觀點(diǎn)存在爭(zhēng)議。由于與核膜相連，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以作為膜儲(chǔ)備庫(kù)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過(guò)補(bǔ)償性膜流動(dòng)可以立即抵消T INM 導(dǎo)致核膜機(jī)械傳導(dǎo)無(wú)法發(fā)生。因此，只有在膜儲(chǔ)備庫(kù)耗盡時(shí)才可能產(chǎn)生T INM 。然而，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是否及如何影響T INM 和核膜機(jī)械傳導(dǎo)尚未經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。

近 日 ， 美國(guó)紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心 Philipp Niethammer 團(tuán)隊(duì) 在 Nature Cell Biology 雜志 在線 發(fā)表 了 題為 Endoplasmic reticulum disruption stimulates nuclear membrane mechanotransduction 的 研究文章 。 該研究開(kāi)發(fā)新型Ca 2+ 非依賴性內(nèi)核膜張力傳感器ALPIN，揭示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)作為核膜張力緩沖器的關(guān)鍵作用，并闡明其在細(xì)胞損傷時(shí)通過(guò)囊泡化解除核膜機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制、激活cPLA2炎癥信號(hào)的機(jī)制 。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通常與核膜相連，但多種應(yīng)激可引起Ca2+依賴性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化破壞這種連接。作者使用eGFP-KDEL（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔標(biāo)志物）、eGFP-SEC61B（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜標(biāo)志物）和cPla 2 -mKate2（核膜吸附）在低滲膨脹模型中的同步成像分析發(fā)現(xiàn)cPla 2 -mKate2核膜吸附與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)破壞高度相關(guān)。共聚焦分析也發(fā)現(xiàn)核膜平滑化與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化以及cPla 2 吸附到內(nèi)核膜同時(shí)發(fā)生。超分辨率成像證實(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核被膜分離。由于cPla 2 的LPD結(jié)合僅在Ca 2+ 存在的情況下，且Ca 2+ 既參與T INM 感知又參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)破壞，使得難以通過(guò)cPla 2 的核膜吸附或酶活性作為T INM 指標(biāo)來(lái)區(qū)分兩者的關(guān)系。為此，團(tuán)隊(duì)基于ARFGAP1（ARF GTPase activating protein 1）的ALPS（amphipathic lipid-packing sensor）結(jié)構(gòu)域構(gòu)建ALPIN（amphipathic lipid-packing domain inside the nucleus），其可以在不依賴 Ca 2+ 情況下 直接檢測(cè)核內(nèi)膜張力。作者使用ALPIN同樣監(jiān)測(cè)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)破壞引起ALPIN吸附內(nèi)核膜，提示T INM 增加。總之， 這些結(jié)果均表明 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核膜連續(xù)性破壞是核內(nèi)膜張力升高的關(guān)鍵條件。

為 進(jìn)一步 研究?jī)?nèi)質(zhì)網(wǎng)-核膜連續(xù)性如何影響T INM ，團(tuán)隊(duì)在透化細(xì)胞實(shí)驗(yàn)（獨(dú)立改變膠體滲透壓和Ca 2+ 水平 ）中觀察到即使存在相連的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-核膜，ALPIN仍能對(duì)膠體滲透沖擊進(jìn)行響應(yīng)，提示核膨脹時(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的補(bǔ)償性膜流動(dòng)無(wú)法阻止內(nèi)核膜產(chǎn)生張力。隨后，作者發(fā)現(xiàn)微摩爾級(jí)Ca 2+ 切斷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與細(xì)胞核的連接時(shí)，核內(nèi)膜張力升高更為顯著。這些結(jié)果提示 核腫脹時(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)只能提供有限的緩沖。 有意思的是，即使細(xì)胞核未出現(xiàn)明顯腫脹， Ca 2+ 依賴性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化仍會(huì)促進(jìn) ALPIN的內(nèi)核膜吸附，提示 T INM 增加不僅發(fā)生在核腫脹時(shí)，也可以在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化導(dǎo)致容納特定核體積所需的可用面積降低時(shí)發(fā)生，提示 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化可能直接升高 T INM 并啟動(dòng)核膜機(jī)械傳導(dǎo)。 在體外模型中，除了滲透膨脹外，作者使用GPX4抑制劑ML162處理同樣發(fā)現(xiàn)鐵死亡模型中出現(xiàn)核膜起泡且含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成分，以及 ALPIN核膜 吸附和 T INM 增高。在體內(nèi)模型中，作者使用核膜機(jī)械傳導(dǎo)的常用斑馬魚(yú)傷口模型。斑馬魚(yú)是淡水魚(yú)，當(dāng)其表皮屏障受損時(shí)，傷口周圍的細(xì)胞和細(xì)胞核會(huì)因低滲沖擊而膨脹。團(tuán)隊(duì)在傷口邊緣觀察到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)碎片化和不可逆的 cPla 2 內(nèi)核膜吸附。相反，在距離傷口較遠(yuǎn)、未直接受影響的細(xì)胞（如血管周圍巨噬細(xì)胞）中可以觀察到可逆的 cPla 2 內(nèi)核膜吸附但無(wú)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)破壞。值得注意的是， cPla 2 和 T INM 可在細(xì)胞死亡前被激活，并在細(xì)胞死后持續(xù)作用，釋放炎癥信號(hào)，提示該通路在細(xì)胞壓力下僅依賴于 Ca 2+ 和核內(nèi)膜張力而非細(xì)胞是否存活，是一種基于物理狀態(tài)的“危險(xiǎn)信號(hào)”過(guò)程。

綜上所述，這 項(xiàng) 研究 利用不依賴 Ca 2+ 的T INM 傳感器ALPIN揭示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)作為應(yīng)激/Ca 2+ 門控的核膜張力緩沖器，在穩(wěn)態(tài)條件下抑制核膜機(jī)械傳導(dǎo)。該發(fā)現(xiàn)不僅鞏固了cPLA 2 通過(guò)核變形激活的生物力學(xué)基礎(chǔ)，還證實(shí)細(xì)胞應(yīng)激和細(xì)胞死亡誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)破壞是核膜機(jī)械傳導(dǎo)的額外觸發(fā)因素。

https://doi.org/10.1038/s41556-025-01820-9

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

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