基因表达因作用于细胞的力的方向而改变

人体中的组织和细胞会受到不断的推拉作用，其他细胞，血压和体液流等都会对其造成拉伤。伊利诺伊大学香槟分校的研究人员和中国的合作者在一项新研究中发现，作用在细胞上的力的类型和方向通过拉伸DNA的不同区域来改变基因表达。

研究人员说，这些发现可以提供生理和疾病方面的见识，例如纤维化，心血管疾病和恶性肿瘤。

伊利诺伊州机械科学与工程学教授王宁说：“力量在人体中无处不在，外在和内在的力量对您的身体的影响都超出您的想象。” 这些菌株深刻影响细胞行为和生理功能，这是从基因表达水平开始的。”

王说，物理力和信号对细胞，组织和器官的影响比化学信号和化学反应的研究还少，但是物理力在细胞如何运作和对环境的反应中起着重要的作用。

大多数旨在了解细胞力学的研究都使用显微镜悬臂探针施加力来敲击细胞表面或聚焦激光束，以使微小粒子在表面上移动。但是，这些技术只能在一维中移动。王说，这种不完整的图景未解决基本问题，例如，对血流产生的剪切应力和血压产生的拉伸反应的差异。

Wang和他的合作者开发了一种方法，该方法可以使他们沿任何方向移动磁珠，从而使他们了解力在3-D上作用于细胞的方式。他们称其为三维磁扭细胞术。

他们发现，来自磁珠的力导致某些基因的表达迅速增加，但是增加的数量取决于磁珠移动的方向。当珠子沿着细胞的长轴滚动时，增加是最小的，但是当垂直于细胞的短轴施加力时，基因活性增加最多。当小珠以45度角移动或在与小室相同的平面中旋转以引起切应力时，响应为中等。

王说：“这些观察表明，当力的大小保持不变时，基因上调和激活对所施加的力的模式非常敏感。”

在进一步的实验中，研究人员发现差异的原因在于将力传递到容纳DNA的细胞核的方法。细胞具有称为细胞骨架的支撑结构网络，主要的受力元素是蛋白质肌动蛋白的长纤维。当它们由于力而弯曲时，它们会将力传递到细胞核并拉伸染色体。

这些肌动蛋白纤维沿细胞纵向延伸。因此，研究人员发现，当力在横向上对其施加拉力时，它们会变形得更多，使染色体更多地伸展，并导致更大的基因活性。他们的发现发表在《自然通讯》杂志上。

“压力纤维就像一根拉紧的小提琴弦。当应力作用在电池的短轴上时，就像人从琴弦的方向垂直拉小提琴弦以产生更大声，更有力的声音一样，”王先生说。说过。

研究人员的下一步将是创建疾病模型，以了解不同的作用力如何有助于解释某些疾病的机制，并确定可能的治疗靶标或应用。

王说：“在某些疾病中，例如主动脉瓣钙化，动脉粥样硬化，肝纤维化或恶性肿瘤，这些细胞反应和适应性会出现问题，从而导致组织和器官功能异常。” “这是首次揭示了活细胞在基因水平上对力方向的不同生物学反应的机制，因此也许通过我们的三维方法，我们可以更好地了解这些疾病。”

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