NatureCommunications：细胞如何感知周围环境

　　“我们的研究着眼于细胞从环境获取信息的方式，”普林斯顿生命科学Howard A. Prior教授、Lewis-Sigler综合基因组学研究所分子生物学教授Ned Wingreen说。“由于肌肉、骨头等组织在细胞尺度上排列无序，细胞只能在有限的周围区域进行测量。我们的工作是模式化这些细胞收集信息的方式。”本文发表于7月18日的《Nature Communications》。

　　器官和组织浸没在被称为细胞外基质的高纤维结构之中，为细胞生存、移动和分化提供支持。细胞通过将粘性蛋白探出表面与附近纤维相互作用。

　　以前的工作大多采用人工平整表面，显示细胞使用触觉反馈来决定机械传感（mechanosensing）过程的刚性和弹性。但是，天然基质纤维处于一个杂乱的三维网络，因此，我们并不清楚细胞从周围环境实际能收集多少有用信息。

　　为了找出答案，研究人员建立了一个位于胶原蛋白基质中的典型细胞的计算模拟器。此外，团队还模拟了位于纤维网络中的细胞。为了准确地捕捉这些基质网络构型，他们与前普林斯顿研究员现Ludwig-Maximilians大学物理学教授Chase Broedersz及其同事合作，首创了一款基质物理模型，创建方法源自文章合作者、哈佛大学系统生物学家David Weitz团队。普林斯顿研究生Farzan Beroz运用这些模型在计算机上重现了胶原蛋白和纤维蛋白网络的虚拟模型。

　　 细胞能感觉到周围组织是软是硬吗？答案是能。这项发现解开了癌细胞如何检测到已经着陆到了一个具有支持肿瘤生长能力的器官，以及到达伤口附近细胞才开始分泌促愈合的蛋白质之谜。 原来，细胞通过牵拉附近纤维，使基质网络发生相应变形。胶原蛋白和纤维网络二者的集体刚性范围很大，从可弯曲到非常硬，所以彼此靠近所花费的时间非常短暂。因此，细胞附近有两种探针，分别检测硬度和柔软性，仅凭机械传感细胞很难感知周围组织类型。“我们惊讶地发现，甚至在一个很小的距离内，细胞环境差异也相当大。”

　　研究人员得出结论，细胞必须左右移动和改变形状，如延长自己覆盖不同基质区域，才能准确地评估环境状况。“我们在模拟器中证实了实验主义的发现，”Wingreen说。“还揭示了细胞感知周围组织环境的新策略。”