撰文 | 風

細胞不斷重塑形態(tài)，因此需要辨別無害與危及存活的形變。質(zhì)膜機械傳導具有高敏感性，通過牽張激活通道、整合素黏附等機制感知細胞體表面及周邊的微小應變。相反，核膜機械傳導（nuclear membrane mechanotransduction， NMMT ）在細胞遭遇嚴重限制、明顯滲透膨脹或其他導致核膜加壓拉伸的應激時才會啟動【1】，也就是說，核膜可以檢測威脅細胞和組織活力的變形，以觸發(fā)緊急修復或炎癥信號 （詳見BioArt報道： ） 。作為強大的生物活性脂質(zhì)信號傳導，類二十烷酸級聯(lián)反應由核膜機械傳導調(diào)控【2】。具體而言，內(nèi)核膜張力（inner nuclear membrane tension， T INM ）增高導致質(zhì)膜脂質(zhì)排列缺陷（lipid-packing defects， LPDs ），促使細胞核力學傳感器-細胞質(zhì)磷脂酶A2（cytosolic phospholipase A2， cPLA2 ）由胞質(zhì)向核膜募集。該過程需要Ca 2+ 信號的協(xié)同，形成雙重激活機制：物理張力改變膜結(jié)構(gòu)，同時觸發(fā)Ca 2+ 濃度變化，兩者共同激活cPLA2的催化活性，促進核膜釋放花生四烯酸，后者進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)控多種生理過程。研究顯示cPLA 2 -NMMT通路調(diào)控白細胞對上皮屏障完整性的滲透壓監(jiān)測、有絲分裂進入、胚胎細胞/免疫細胞/癌細胞的受限遷移、樹突狀細胞趨化性及細胞分化【3-5】。核膜機械傳導的前提是變形引起的T INM ，但這一觀點存在爭議。由于與核膜相連，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以作為膜儲備庫。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過補償性膜流動可以立即抵消T INM 導致核膜機械傳導無法發(fā)生。因此，只有在膜儲備庫耗盡時才可能產(chǎn)生T INM 。然而，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是否及如何影響T INM 和核膜機械傳導尚未經(jīng)過驗證。

近 日 ， 美國紀念斯隆凱特琳癌癥中心 Philipp Niethammer 團隊 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，并闡明其在細胞損傷時通過囊泡化解除核膜機械轉(zhuǎn)導抑制、激活cPLA2炎癥信號的機制 。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通常與核膜相連，但多種應激可引起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)腔標志物）、eGFP-SEC61B（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜標志物）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)核膜同時發(fā)生。超分辨率成像證實內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化導致內(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cPla 2 的核膜吸附或酶活性作為T INM 指標來區(qū)分兩者的關(guān)系。為此，團隊基于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 直接檢測核內(nèi)膜張力。作者使用ALPIN同樣監(jiān)測到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)破壞引起ALPIN吸附內(nèi)核膜，提示T INM 增加?？傊?， 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 進一步 研究內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-核膜連續(xù)性如何影響T INM ，團隊在透化細胞實驗（獨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仍能對膠體滲透沖擊進行響應，提示核膨脹時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的補償性膜流動無法阻止內(nèi)核膜產(chǎn)生張力。隨后，作者發(fā)現(xiàn)微摩爾級Ca 2+ 切斷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與細胞核的連接時，核內(nèi)膜張力升高更為顯著。這些結(jié)果提示 核腫脹時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)只能提供有限的緩沖。 有意思的是，即使細胞核未出現(xiàn)明顯腫脹， Ca 2+ 依賴性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化仍會促進 ALPIN的內(nèi)核膜吸附，提示 T INM 增加不僅發(fā)生在核腫脹時，也可以在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化導致容納特定核體積所需的可用面積降低時發(fā)生，提示 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡化可能直接升高 T INM 并啟動核膜機械傳導。 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，作者使用核膜機械傳導的常用斑馬魚傷口模型。斑馬魚是淡水魚，當其表皮屏障受損時，傷口周圍的細胞和細胞核會因低滲沖擊而膨脹。團隊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、未直接受影響的細胞（如血管周圍巨噬細胞）中可以觀察到可逆的 cPla 2 內(nèi)核膜吸附但無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)破壞。值得注意的是， cPla 2 和 T INM 可在細胞死亡前被激活，并在細胞死后持續(xù)作用，釋放炎癥信號，提示該通路在細胞壓力下僅依賴于 Ca 2+ 和核內(nèi)膜張力而非細胞是否存活，是一種基于物理狀態(tài)的“危險信號”過程。

綜上所述，這 項 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)條件下抑制核膜機械傳導。該發(fā)現(xiàn)不僅鞏固了cPLA 2 通過核變形激活的生物力學基礎(chǔ)，還證實細胞應激和細胞死亡誘導的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)破壞是核膜機械傳導的額外觸發(fā)因素。

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

制版人： 十一

參考文獻

1. Philipp, Niethammer.(2021). Components and Mechanisms of Nuclear Mechanotransduction.Annu Rev Cell Dev Biol, 37(0), 233-256. doi:10.1146/annurev-cellbio-120319-030049

2. Hedi, Harizi., Jean-Beno?t, Corcuff., Norbert, Gualde.(2008). Arachidonic-acid-derived eicosanoids: roles in biology and immunopathology.Trends Mol Med, 14(10), 461-9. doi:10.1016/j.molmed.2008.08.005

3. Balázs, Enyedi., Mark, Jelcic., Philipp, Niethammer.(2016). The Cell Nucleus Serves as a Mechanotransducer of Tissue Damage-Induced Inflammation.Cell, 165(5), 1160-1170. doi:10.1016/j.cell.2016.04.016

4. Valeria, Venturini., Fabio, Pezzano., Frederic, Català Castro., Hanna-Maria, H?kkinen., Senda, et al.(2020). The nucleus measures shape changes for cellular proprioception to control dynamic cell behavior.Science, 370(6514), . doi:10.1126/science.aba2644

5. A J, Lomakin., C J, Cattin., D, Cuvelier., Z, Alraies., M, Molina., G P F, Nader., N, Srivastava., P J, Sáez., J M, Garcia-Arcos., I Y, Zhitnyak., A, Bhargava., M K, Driscoll., E S, Welf., R, Fiolka., R J, Petrie., N S, De Silva., J M, González-Granado., N, Manel., A M, Lennon-Duménil., D J, Müller., M, Piel.(2020). The nucleus acts as a ruler tailoring cell responses to spatial constraints.Science, 370(6514), . doi:10.1126/science.aba2894

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