近日,，國際著名雜志Cell在線刊登了來自德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心等處的研究人員的最新研究成果“Identification of F-actin as the Dynamic Hub in a Microbial-Induced GTPase Polarity Circuit,，”,，文章中,，研究者開發(fā)了一種能預(yù)測引發(fā)食物中毒的細菌如何干擾細胞方向感的新方法,，并在活細胞中證實了這一方法,。
文章的通訊作者是德州西南醫(yī)學(xué)中心的Neal M Alto博士，這位科學(xué)家曾與北京生命科學(xué)研究所柴繼杰合作,，共同揭示了來自一類細菌毒性因子大家族的Map通過模擬GEF活性實現(xiàn)其功能，并提出了這類家族成員對不同GTPase的選擇模型,。
對于這項最新成果,，Alto博士表示，“這是不同領(lǐng)域科學(xué)家共同解決一個復(fù)雜重要的生物學(xué)問題的范例。”
在一些基礎(chǔ)性生物過程中,，細胞需要定位方向,，比如空間分隔的生化反應(yīng)，比如免疫細胞追擊病原菌等,。而且更為重要的是,，細胞方向感受到干擾就會導(dǎo)致機體生病。這項最新研究提出了一個新模型,，能幫助解釋哺乳動物細胞如何建立其方向感的,，以及引發(fā)疾病的大腸桿菌如何攻擊細胞方向感的。
這項成果匯集了不同領(lǐng)域科學(xué)家的長處,，最初的構(gòu)想是構(gòu)建一個數(shù)學(xué)模型,，用以解釋細胞在大腸桿菌感染后的應(yīng)答，并在活細胞中進行檢測驗證,。“細菌就像打針一樣將蛋白分子注入到人類細胞中”,，Alto博士說，“人類細胞作出應(yīng)答,，在細菌附著處,，形成肌動蛋白富集膜突起。”
對于健康細胞的正常移動,，這些肌動蛋白聚合物會向細胞膜推進,，推動細胞朝著以一個方向，或者另外的方向移動,。而當大腸桿菌分子注入后,，肌動蛋白聚合物則沖向感染位點，幫助細菌分子在細胞內(nèi)移動,，建立一個內(nèi)部的感染位點,。
文章的第一作者Robert Orchard說，“為了解答‘病原菌如何從細胞外調(diào)控宿主細胞內(nèi)的肌動蛋白動力學(xué)’這一問題,，我們揭示了一個有關(guān)哺乳動物細胞極性和細菌感染的基礎(chǔ)性分子機制,。這些發(fā)現(xiàn)將有助于更深入了解治病因素，與正常哺乳動物行為的調(diào)控,。”（生物谷Bioon.com）
doi:10.1016/j.cell.2011.11.063
PMC:
PMID:
Identification of F-actin as the Dynamic Hub in a Microbial-Induced GTPase Polarity Circuit
Robert C. Orchard, Mark Kittisopikul, Steven J. Altschuler, Lani F. Wu, Gürol M. Süel, Neal M. Alto
Polarity in mammalian cells emerges from the assembly of signaling molecules into extensive biochemical interaction networks. Despite their complexity, bacterial pathogens have evolved parsimonious mechanisms to hijack these systems. Here, we develop a tractable experimental and theoretical model to uncover fundamental operating principles, in both mammalian cell polarity and bacterial pathogenesis. Using synthetic derivatives of the enteropathogenic Escherichia coli guanine-nucleotide exchange factor (GEF) Map, we discover that Cdc42 GTPase signal transduction is controlled by the interaction between Map and F-actin. Mathematical modeling reveals how actin dynamics coupled to a Map-dependent positive feedback loop spontaneously polarizes Cdc42 on the plasma membrane. By rewiring the pathogenic signaling circuit to operate through β-integrin stimulation, we further show how Cdc42 is polarized in response to an extracellular spatial cue. Thus, a molecular pathway of polarity is proposed, centered on the interaction between GEFs and F-actin, which is likely to function in diverse biological systems.
