唯一署名单位，985博士生，一作发Cell

2024-06-07

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北京时间6月4日，Cell（《细胞》杂志）在线发表了武汉大学高等研究院、泰康生命医学中心、细胞稳态湖北省重点实验室刘郑团队与生命科学学院张兴华团队关于细胞力学成像的最新研究论文，题为“DNA-based ForceChrono Probes for Deciphering Single-Molecule Force Dynamics in Living Cells”（基于DNA的力-时间探针用于解密活细胞中的单分子力学动态过程）。

武汉大学高等研究院胡钰茹博士、李洪云博士、生命科学学院张晨博士和高等研究院博士生冯晶晶为论文的共同第一作者，武汉大学高等研究院/泰康生命医学中心刘郑教授、李洪云博士以及武汉大学生命科学学院张兴华教授为该论文的通讯作者，武汉大学为唯一署名单位。据悉，该文章从投稿至接收只经历了70天。

机械力在细胞信号传导中扮演着与传统生化和电生理信号不同的重要角色。由于细胞表面受体传递的力非常微小，仅有几个到几十pN，其动态特征使测量极为困难。除了力的大小，力的持续时间和加载速率也对细胞信号转导和行为有深远影响。力的持续时间决定了信号传导的时长，而加载速率影响蛋白的展开和激活，如此前文献估算及体外实验中的力学加载速率范围非常广，从0.007到106 pN/s不等，并且，人们对活细胞中力传递持续时间的信息了解更为缺乏。这些原因导致研究人员在解释现象时需要粗略假定力学加载速率和持续时间，这造成对细胞力学传导理解的混乱。因此，对细胞力学传导过程的精准测量对于深入理解细胞内机械信号传导的机制至关重要。

针对这些问题，刘郑和张兴华联合团队开发了一种名为力-时间荧光探针（ForceChrono Probe），这种探针采用了一对DNA发夹结构，通过精心构造，使其可以分层响应膜蛋白上传递的pN级别机械力的动态，团队利用单分子荧光成像技术，首次在活细胞中实现了对单个整合素分子上的力传递持续时间、力学加载速率以及机械力强度的同步测量。并展示了通过分析蛋白突变、缺失或药物干预对这些机械参数的影响，可以判断出特定蛋白质或结构域在错综复杂的细胞机械传导过程中的功能作用。

因此，该工作不仅为在单分子水平上揭示细胞机械力动态特征和细胞机械感知提供了一个全新的工具，研究结果也表明部分单分子力谱数据需要针对生理力学负载速率和力持续时间进行调整解读。该工作得到了国家基金委原创探索计划项目和面上项目的支持。