九州大学研究成果：人工细胞解明细胞内构造配置对称性决定机制

京都大学白眉中心·宮﨑牧人特定准教授、九州大学大学院理学研究院·前多裕介准教授、博士研究生坂本辽太、新加坡国立大学机械生物学研究所团队负责人平岩徹也、早稲田大学石渡信一名誉教授等研究者，近期通过构造仿生人工细胞，解明决定细胞内构造配制对称性的生物机制。

细胞的对称性研究可追溯至19世纪，比如受精卵的细胞核向细胞中心移动，位于细胞极正中的位置。而20世纪初至现在，研究发现细胞同时具有能打破自身对称性的机制。生命形成始于细胞持续分裂的过程，细胞既可二分成相同的子细胞，也可通过非对称分裂形成头脚和腹背。而与创伤治愈、形态形成相关的细胞运动，正是通过破坏细胞形态对称性而决定其运动方向的。因此，对称性是决定生命走向的重要概念，生命形成正是由于良好地区别应用细胞对称性和破坏对称性的原理。但在细胞生物学的漫长历史中，至今尚未明了控制细胞对称性的基本原理。

一般调查细胞机制的一般方法是以活性细胞为对象，通过去除一些目标蛋白质调查相关产生的影响，从而发现产生某种作用的蛋白质。但问题在于不好控制细胞大小和蛋白质浓度，试验较难实现。本次研究团队，通过构筑仿生人工细胞，将产生细胞内动力的放线菌素和细胞核仿造物封入液滴胶囊，探索细胞对称性的自发调整机制。并发现较大人工细胞中，细胞核处于中央位置；较小人工细胞中，细胞核处于边缘位置这一“配置对称性破坏现象”。

从以往的研究中可知，肌动蛋白细胞骨架控制细胞运动和分裂，是由放线菌素构成的网络状构造，具有收缩力。研究团队通过分析放线菌素的收缩现象，发现维持细胞对称性的力与破坏对称性的力共存，两种力如同拔河一般，决定着细胞对称性的平衡。由于这种“拔河”决定的对称性配置，对于动物细胞共同具有的“封闭放线菌素的微小空间”这一性质是普遍成立的机制，这一研究发现将对普遍的动物细胞内构造配置决定机制带来新的认知。

本研究中，发现了人工细胞内确实形成的“肌动蛋白桥”（アクトミオシン・ブリッジ）的存在。这种构造的形成被称为“渗滤”，通常被作为描述网络连接性的理论。目前为止，在远比细胞更大型的系统中存在的“肌动球蛋白网络”（アクトミオシン・ネットワーク）所产生的“渗滤”现象被人们所熟知。本研究结果证明，细胞大小的微小系统中也存在“渗滤”现象，并与细胞机能相关，为生命现象中潜在的普遍的物理现象探究开拓了新的路径。并且，细胞运动支撑着生命产生、创伤治愈等众多生命现象，其特点即在于细胞核位置对称性受到破坏。本研究发现，对称性受到破坏的人工细胞可产生自发的运动，今后，将继续利用人工细胞优势，开展细胞运动机制相关探索和研究。

本研究成果于2020年6月15日刊登在国际学术杂志“Nature Communications”网络版上。

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