扭轉細胞命運-科學人雜誌
細胞生物學

扭轉細胞命運

2018-10-01 皮克洛(Stefano Piccolo)
不需要改變基因,只要對細胞外形施力推拉,就能決定它要長成腦組織、肌肉或是致命腫瘤。

重點提要

  1. 由細胞環境所產生的物理作用力以微觀的方式影響著人體,這些物理力量作用於所有細胞,影響力可能與基因一樣深刻。
  2. 周圍還有空間的細胞會不斷分裂,而擠在一起的細胞則生長緩慢或停止,這種空間驅動的行為可能決定幹細胞的再生特性。
  3. 蛋白質開關連接物理作用力與生物運作,扭轉開關可能會改變細胞的命運:維持正常還是成為危險的腫瘤?
我們實驗室培養的人類正常細胞看來很柔順,不像腫瘤細胞會猖獗生長,侵入並殺死鄰近組織。但是當我們拉扯細胞、強迫它們改變外形,竟然出現令人擔憂的病變。我們把原本球形的細胞拉成扁平狀,引發了細胞裡兩種蛋白質YAP和TAZ的活性增加。隨著這兩種蛋白質的活躍,良性細胞開始癌化、失控地增生。我們相當訝異這些改變並非基因突變造成,而是物理作用力引發。當代生物學家用基因和蛋白質來解釋細胞的生命現象,基因確實會指揮細胞的行動,然而越來越多證據顯示:物理作用力也會推動重要的細胞程序,這些推拉力量來自細胞環境,例如鄰近的細胞或體液。研究細胞、詮釋這些推拉力量的領域稱為機械生物學(mechanobiology),過去幾十年來,科學家發現這些力量相當強大。舉例來說,周圍還有空間的細胞會持續分裂,成千上萬聚集在一起的細胞生長速度會很慢或停止。組織的硬度也很關鍵,能轉變成不同類型細胞的幹細胞,如果身處模擬腦組織硬度的環境,會長成神經細胞,但要是碰上與肌肉類似的硬度,則會長成肌肉細胞。力學也能指引實驗室培養皿裡的幹細胞自我組裝成複雜的器官,例如眼睛的一部份,或是通常出現於腦部的結構。直到最近,研究人員才確認細胞如何把...

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