研究人员已经发现了某些“逆锁键”（Catch Bonds）如何能使活细胞既灵活又方便移动，既坚固又能承受力。矛盾的是，事实证明，这些对力敏感的分子“逆锁键”在大多数情况下都很弱且不活跃，但会移动到细​胞受损的特定位置和时间。

来自代尔夫特理工大学和 NWO 研究所 AMOLF 研究人员发现了某些分子“逆锁键”如何能使活细胞既灵活又能移动，既坚固又能承受力。矛盾的是，事实证明，这些对力敏感的分子“逆锁键”在大多数情况下都很弱且不活跃，但会移动到细​​胞受损的特定位置和时间。这一发现将于 8 月 25 日发表在 《Nature Materials》 上。

分子“逆锁键”的蛋白可以在细胞内和细胞之间的许多不同组织中找到。就像大多数分子生物键一样，这些键会定期分解，但它们有一个特殊的特性：如果你用力拉动一个“逆锁键”，它实际上会开始更紧密地结合。研究人员发现，这种能力可以在粘合承受压力的特定位置增强材料。在首次发现此类“逆锁键”的20年后，此发现是一项突破。此外，这标志着研究人员第一次目睹了生物材料中的“逆锁键”共同作用。

既灵活又坚固

前AMOLF研究员YuvalMulla解释说：“我们通常通过以下两种方式之一来定义某物的强度：一种材料可以很好地变形——拉伸很远而不断裂，例如橡胶；一种材料可以承受很大的力，例如一块砖，虽然它很坚固，但它只能伸展一点，然后就会破裂。研究捕捉键的性质，我们发现这些分子键能够做到这两点，既灵活又坚固，尽管它们的分子结合很弱。然后我们猜测：也许捕捉键可以解释为什么活细胞结合了橡胶的弹性和砖的强度?”

为了验证这些想法，研究人员测量了他们在实验室中重建的细胞骨架网络的机械特性，并与生物物理学小组合作以拉动单键。他们发现许多纽带只是在四处飘荡，只是短暂地束缚，然后又放开。然而，当研究人员对网络进行变形时，他们发现许多键会移动到特别受损的位点进行结合。 Mulla说：“因为“逆锁键”会在需要它们的时间和地点聚集在薄弱环节，以使网络变得非常兼顾。”

图注：对肌动蛋白的单分子测量揭示了野生型α肌动蛋白4的捕捉键形成

与疾病的关系

该研究包括相同蛋白质的突变版本，已知这种蛋白质与导致肾衰竭的遗传疾病一起发生。与常规的捕捉键不同，研究人员发现这种突变版本总是活跃的。这种增加键的强度使突变体难以四处移动，但矛盾的是，也使网络变弱，因为键不会在需要的地方积累，小组负责人 Gijsje Koenderink 说：“通过更好地了解突变体蛋白质，未来我们也许还可以了解肾衰竭的过程。此外，我们希望了解“逆锁键”如何在侵袭性癌细胞中发挥作用。”

物质人生观

代尔夫特理工大学 Gijsje Koenderink 教授的研究小组主要对生命物质的材料特性感兴趣。她小组的一个中心主题是活细胞和组织需要动态和灵活，但也需要坚固。这种特性不同于我们所知道的任何合成材料，Koenderink 说。 “我们的目标是从生活材料中学习新的设计原则，以制造出既灵活又坚固的合成材料。事实上，我们目前正在与 AMOLF 化学家和生物物理学家（如 Sander Tans）合作，尝试制造这样的材料合成“逆锁键”。”

参考文献：

[1]Yuval Mulla, et al. Weak catch bonds make strong networks. Nature Materials, 2022; DOI: 10.1038/s41563-022-01288-0