细胞骨架不仅可以帮助细胞保持其形状和内部组织，还可以使它们能够执行移动和迁移到远离它们起源地的位置等功能。迁移是癌细胞向另一器官或组织扩散(转移)的重要部分。
迄今为止，这种关联尚未完全理解。细胞骨架产生的机械力如何转化为控制细胞迁移的生化信号?在西班牙国家癌症研究中心(CNIO)工作期间，Daniel Lietha领导了一项国际研究来回答这个问题。发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上的最新研究发现，蛋白质FAK是一种关键分子，能够响应细胞骨架产生的力，激活调节细胞粘附和迁移的生化信号。这些发现拓宽了肿瘤侵袭和转移的知识。
粘着斑激酶(FAK)存在于细胞骨架中，并将细胞锚定在其外部环境的组成部分。“这是一种信号分子，它是由细胞骨架中肌动蛋白丝收缩产生的力激活的结构中的关键，”该研究的共同作者Lietha解释道。“到目前为止，尚不清楚FAK是否可以作为细胞运动所需力量的传感器。基于FAK是这样一种传感器的假设，我们进行了研究。”
研究人员使用原子力谱来模拟细胞骨架中肌动蛋白丝收缩产生的力。他们发现FAK的变化是对这些力量的回应。其中一个变化与FAK在激活细胞迁移中涉及的生化信号时所采用的形状有关。
原子力谱是一种研究受力样品行为的技术，包括完整细胞和单分子。“实际上，我们使用了由Hermann Gaub团队在LMU开创的这项技术的特定配置，其灵敏度和精确度可以提供高精度的单分子测量，”Lietha说。
由于这项技术，研究人员获得了关于FAK的详细机械信息，其与原子结构的知识一起可以用力来诱导结构的变化来激活FAK。HITS的分子生物力学小组在高性能计算机上模拟了这一过程，以获得这些事件的完全动态视图。“我们成功地发现了FAK激活的关键步骤，”组长FraukeGräter说。“我们可以证明这种信号蛋白不仅可以通过武力激活，而且可以在进一步伸展时保持活跃状态。”
细胞的机械环境会影响其行为。粘着斑激酶作为细胞外和细胞内框架变化的传感器。“在单分子原子力显微镜实验和转向分子动力学模拟中，我们观察到FAK的自身抑制复合物的力介导开放，从而激活了激酶，”该出版物的第一作者Magnus Bauer说。和LMU的Hermann Gaub小组的研究生，慕尼黑的实验方法。
在细胞中，FAK的机械激活在细胞骨架和细胞外基质之间的应激时被触发。“通过FAK，我们发现第一种非肌肉酶被机械力直接激活，”鲍尔说。“将我们的数据传输到细胞系统中，我们认为将生理力量转化为生化信号可能是触发癌细胞迁移的一种方法。”
这些是深入研究肿瘤侵袭和转移的关键发现。“在肿瘤中，基质的僵硬导致通过FAK激活信号通路的力增加，从而强烈促进肿瘤侵袭和转移，”Lietha说。基质是围绕肿瘤中的癌细胞并影响其进展的组织。了解基质硬化及其对粘附信号激活的影响与肿瘤侵袭有关，可为开发针对该机制的治疗提供基础。现在已经发现细胞骨架产生的力促使FAK的构象变化，需要进一步的研究来测量响应机械力的生化信号。
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