异质性是细胞膜生物物理化学最重要的特性之一。细胞膜上富含胆固醇/鞘脂的高度动态的结构域，被称为脂筏。脂筏充当信号分子组装平台，参与多种信号转导过程。由于脂筏的高度动态特性，对活细胞上脂筏实时成像面临巨大挑战，因而脂筏动态组装过程与下游信号通路间难以建立定量关联。华东师大化学与分子工程学院李迪教授团队长期致力于发展利用各种物理或化学方法扰动脂筏，探索脂筏的成分、尺寸、寿命等物理参数与下游信号通路间的关联。
近期，李迪教授与中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心葛一凡副研究员合作，提出利用局域温度变化扰动细胞膜功能域分布的策略。利用DNA折纸技术制备了兼具高空间分辨和化学分辨的光热响应分子工具，通过近红外激光操纵局部脂质环境温度来扰动脂筏的相分离程度（图1）。相关研究工作以“高空间分辨热操纵细胞膜异质性改变细胞迁移及信号通路 (High Spatial-resolved Heat Manipulating Membrane Heterogeneity Alters Cellular Migration and Signaling) ”为题，发表在PNAS上 (PNAS, 2023, 120, e2312603120)。
PNAS刊发华东师大李迪教授团队科研成果
图1. 对细胞膜区域选择性加热分子工具及细胞迁移行为变化
研究发现，局部热扰动导致的膜流动性变化会改变膜相分离程度，进而影响细胞迁移行为。其中，对非脂筏域的热扰动能够显著增加细胞迁移能力。分子机制研究表明，细胞行为变化与整合素重新分布相关。区域选择性加热改变了细胞膜脂筏域和非脂筏域的界面线张力，稳定或失稳整合素成簇，进而影响与细胞迁移密切相关的黏着斑，导致不同的迁移行为变化（图2）。
图2. 区域选择性加热引起细胞膜不同功能域间界面张力变化
与既往研究不同，该工作首次在不干扰质膜磷脂构成的情况下通过构建高空间分辨率的温度差异，利用物理因素实现了细胞膜异质性程度的调控，并建立了其下游信号通路关系。该工作开发的分子工具可作为一种通用型的策略，用于研究细胞膜异质性与细胞功能间关系，建立细胞膜理化参数与细胞功能间的关联。
本研究工作受到了国家自然科学基金、生命科学分析化学国家重点实验室、电分析化学国家重点实验室的资助。化学与分子工程学院2020级博士研究生陈小青为该论文第一作者，李迪教授和葛一凡副研究员为论文通讯作者。
附：
论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2312603120
来源｜化学与分子工程学院 编辑｜蒋萱 编审｜郭文君
