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细胞外力学环境调控转录因子的核质运输，这一过程是决定细胞功能的基础，也是理解和干预动脉粥样硬化、血管新生等多种生理和疾病发生、发展的关键。然而，关于流动剪切力如何诱导细胞内力学生物学的重构，将胞外力学信号传导至细胞核，从而调控核质输运的力学机制目前尚不清楚。
图1 流动剪切力调控转录因子核质输运机制示意图
近日，北京航空航天大学生物与医学工程学院、生物力学与力生物学教育部重点实验室、北京生物医学工程高精尖创新中心樊瑜波、刘肖、王璞教授团队，以 “Coupling of Perinuclear Actin Cap and Nuclear Mechanics in Regulating Flow-Induced Yap Spatiotemporal Nucleocytoplasmic”为题发表于著名综合性期刊《Advanced Science》。北航樊瑜波教授，刘肖副教授及王璞教授为该文共同通讯作者，硕士研究生马天翔及博士研究生苏皓然为该论文的共同第一作者。本论文共同作者邓小燕教授、郑丽沙教授、岳蜀华教授、张靖教授、洪维礼副教授、王立副教授、陈珣助理教授，以及中国人民解放军第306医院王敏副主任也对本论文作出了重要贡献，北京航空航天大学为第一完成单位。
该研究整合了血管微流控芯片技术与布里渊显微技术，发现流动剪切力会诱导内皮细胞形成核周肌动蛋白帽和细胞核硬化，这两个过程共同调节Yap转录因子“先入核后出核”的双向核质运输过程（图2）。
图2 流动剪切力介导的核周肌动蛋白帽形成、细胞核硬化以及Yap核质输运调控
在此基础上，研究团队建立了一个三维力-化学偶联的细胞力传导模型，准确模拟了力敏感化学级联反应、细胞骨架重构及细胞核的力学调控（图3）。
图3 三维力-化学偶联的细胞力传导模型
该模型定量阐释了核周肌动蛋白帽与细胞核硬化协同调控细胞核变形，从而控制Yap核质运输的力学机制（图4）。
图4 核周肌动蛋白帽与细胞核硬化对核变形和Yap核质输运的调控机制
此项研究为理解力学如何调控转录因子核质运输提供了统一的机理视角，有望应用于识别和开发血管和癌症等疾病的力学治疗靶点等相关领域。
本项工作得到了北京市生物医学工程高精尖创新中心的平台条件支持，还得到了国家自然科学基金委（11827803, 31971244, 32371375, 32071311, U20A20390, T2288101）、中央高校基础科研业务费（ KG16186101）及“生物力学与力生物学创新引智基地”（111引智计划，B13003）等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202305867
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