细胞内液流动如何影响复杂模式的形成

模式的形成是一种普遍现象，是生物学基本过程的基础。一个例子是蛋白质的浓度模式，它指导重要的细胞过程，包括细胞分裂、极性和运动。这些蛋白质模式源于化学反应和蛋白质空间运输的相互作用。运输可以被动(通过扩散)或主动(通过流动)发生。与扩散不同，流动运输表现出明显的首选空间方向。

然而，迄今为止，关于流动对蛋白质模式的影响的研究很少。由 LMU 物理学家 Erwin Frey 教授领导的团队与代尔夫特理工大学的 Cees Dekker 教授合作，现在已经使用大肠杆菌 Min 蛋白系统的范例研究了这个基本问题。该论文发表在《自然通讯》杂志上。

研究人员使用了一种跨学科的方法，将实验与微流体分析和弗雷小组开发的蛋白质模式形成的新理论相结合。在微流体测定中，Min 蛋白可以与覆盖微流体室壁的脂质双层结合和解除结合。这使研究人员能够在非常模拟实际生物细胞内部的条件下研究蛋白质的行为。

通过这种方式，科学家们能够证明流体流动会导致膜结合蛋白模式的移动和排列。令人惊讶的是，波浪状图案可以顺着流动方向移动，也可以逆着流动方向移动。这些传播方向中的哪一个发生取决于蛋白质浓度的比率。研究人员进一步展示了图案的运动方向如何微妙地取决于蛋白质之间的 化学反应。

“膜结合模式可以逆流传播，因为大量流动会改变细胞质中的蛋白质浓度，但对已经结合到膜上的蛋白质没有直接影响，”Frey 说。“流动对蛋白质模式的影响取决于蛋白质如何在膜上积累和沉积。”

研究人员提出，使用流体流动可以成为控制蛋白质模式和研究模式形成的分子机制的多功能工具。