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Angew. Chem. :径向取向人工细胞骨架的自组装及选择性解组装

细胞骨架与细胞膜及细胞器被认为是细胞的三大重要组成部分。细胞骨架在细胞运动,变形及分化等许多活动中发挥着重要作用。聚合物自组装被广泛应用于仿细胞体系的构建,然而相关研究主要集中于仿细胞膜及仿细胞器的构筑,仿细胞骨架结构的报道相对较少。目前,有限的仿细胞骨架研究主要是利用囊泡包裹凝胶的方法来实现的。在细胞生物学研究中,主要有两种模型来解释细胞骨架的动态组装过程:一种模型认为细胞骨架是由细胞内部向细胞膜延伸而成;而另一种模型认为细胞骨架是从细胞膜朝向细胞内部定向生长而成。囊泡包裹凝胶方法可以归为第一种模型,而基于第二种模型的人工细胞骨架体系至今未见报道。


最近,上海交通大学的周永丰教授课题组报道了一种制备人工细胞骨架的新方法,称为膜绑定内向生长法(membrane-bound inward-growth)。该方法主要基于该课题组前期报道的乳液辅助的聚合诱导自组装策略(Emulsion-assisted polymerization-induced self-assembly,简称EAPISA)。在乳液界面先形成多孔胶囊,然后沿着胶囊孔道向内定向生长纳米纤维,最终形成绑定在薄膜上的人工细胞骨架(membrane-bound artificial cytoskeleton),如图1。相比于文献,该方法的特点之一在于所制备的人工细胞骨架是从膜上往内生长的,和天然细胞骨架形成的第二种模型一致;另一个特点在于所形成的仿细胞骨架不是无序的,是径向取向生长的,众所周知,细胞骨架的有序性对细胞功能的表达具有重要意义。

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图1.人工细胞骨架自组装过程示意图及组装体结构表征

研究人员进一步通过干态和液态法追踪组装中间体,阐明了人工细胞骨架结构的形成机理。研究发现,组装过程先后经历了四个阶段,即多孔胶囊,胶囊壁厚增加,纳米纤维内向生长和人工细胞骨架完全形成,如图2。因此,该过程被称为膜绑定向内生长机理。

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图2.人工细胞骨架组装机理研究

研究人员进一步利用点击共聚的方法,将动态二硫键选择性地整合到膜上或人工细胞骨架中,构建了两种不同的原型细胞模型(均质原型细胞模型Homo-protocell及异质原型细胞模型Hetero-protocell),通过控制紫外光的开关,可以选择性的实现膜和仿细胞骨架的解组装,如图3。

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图3. 两种不同的原型细胞模型解组装行为

该研究工作从形貌、生长方式和选择性解组装角度模仿了天然细胞骨架的行为。而且得益于EAPISA中点击化学和界面反应的独特优势,有望对组装体的成分和功能实现时间和空间的控制,从而为更复杂的仿细胞结构和功能研究提供了一种通用且可拓展的平台。

文信息

Membrane-Bound Inward-Growth of Artificial Cytoskeletons and Their Selective Disassembly

Dr. Qingsong Xu, Shanlong Li, Meiwei Qi, Jing Gao, Chuanshuang Chen, Pei Huang, Yuling Wang, Prof.?Dr. Chunyang Yu, Wei Huang, Yongfeng Zhou


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202204440


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