新工具闡明了細胞成分被忽視的關(guān)鍵作用背后的機制

普林斯頓大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種新的工具，利用光來探索細胞行為的奧秘，并發(fā)現(xiàn)了稱為無膜細胞器的細胞成分的形成，以及這些細胞器在細胞中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

在11月29日發(fā)表在《細胞》雜志上的兩篇論文中，普林斯頓各個部門的研究人員報道了導(dǎo)致無膜細胞器形成的條件以及這種形成對細胞DNA的影響。

化學(xué)工程副教授、研究團隊負責(zé)人Clifford Brangwynne表示，從研究結(jié)果來看，研究中使用的兩個光束系統(tǒng)的發(fā)展至少和長期一樣重要。研究人員開發(fā)的工具使科學(xué)家能夠準(zhǔn)確檢測細胞內(nèi)相分離的過程——混亂的液體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為功能性細胞隔間，稱為無膜細胞器。

長期被忽視的是，事實證明這些細胞器在人類健康中起著關(guān)鍵作用。例如，液體樣稠度的喪失與包括癌癥、阿爾茨海默病和肌萎縮側(cè)索硬化(ALS)在內(nèi)的疾病有關(guān)。布蘭文實驗室先前的工作表明，無膜細胞器在細胞生長中起著重要作用。最近的兩篇細胞論文之一證明，它們也影響控制細胞行為的基因。

“我們最近開發(fā)的這些控制細胞內(nèi)相變的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)該被證明是基礎(chǔ)研究的有力工具，并有許多應(yīng)用，尤其是在人類健康方面，”Brangwynne說，他也是霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員。

在第一個項目中，研究人員開發(fā)了一個名為Corelets的工具，并使用它來創(chuàng)建驅(qū)動細胞相分離的蛋白質(zhì)濃度的定量描述。因為蛋白質(zhì)的濃度有助于調(diào)節(jié)無膜細胞器的組裝，所以稱為相圖的描述將有助于研究人員研究細胞器在細胞某些局部區(qū)域的機制，而不是在其他區(qū)域。反過來，這可能會指出修復(fù)有缺陷的蛋白質(zhì)組裝的方法。

Corelet系統(tǒng)使用基因工程光敏蛋白。當(dāng)暴露在光線下時，它們會變形并改變它們的行為。蛋白質(zhì)，在這種情況下是人類血液中稱為鐵蛋白的蛋白質(zhì)，聚集成一個微小的球體。暴露在藍光下會導(dǎo)致其他蛋白質(zhì)附著在鐵蛋白球上。通過改變一些參數(shù)，研究人員可以使用這種技術(shù)來觸發(fā)細胞不同區(qū)域的相分離。

“通過這些光激活工具，我們獲得了前所未有的洞察力來控制細胞中的相變，”博士后研究員、Corelets論文的第一作者丹布拉查說。

在第二篇論文中，研究人員研究了無膜細胞器的形成如何影響細胞核。研究人員使用了第二種稱為CasDrop的工具來研究染色質(zhì)，染色質(zhì)是細胞核中脫氧核糖核酸、核糖核酸和蛋白質(zhì)的混合物。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細胞核中形成無膜細胞器時，它們會以意想不到的方式使染色質(zhì)變形。他們發(fā)現(xiàn)液滴可以推出不需要的基因，但它們可以同時收集特定的目標(biāo)基因。因此，液滴可以像小型機械活動機器一樣重建基因組。

CasDrop系統(tǒng)是基于革命性的基因編輯技術(shù)CRISPR，它使用名為Cas9的蛋白質(zhì)機器來解決細胞中的特定基因。Brangwynne和他的同事將Cas9設(shè)計成一個平臺。光激活后，其他蛋白質(zhì)與基因結(jié)合并局部分離，在染色質(zhì)上形成少量露水。

CasDrop論文的合著者是博士后研究員申永達和化學(xué)博士生張一車。

諾貝爾獎獲得者、麻省理工學(xué)院科赫綜合癌癥研究所教授菲利普夏普說，這項研究的結(jié)果正在促進我們對無膜細胞器的理解。

夏普說：“Brangwynne和他的同事發(fā)明了一種新方法，研究蛋白質(zhì)之間的相互作用如何在活細胞中動態(tài)形成凝塊和相變特征。“這兩篇論文突出了物理學(xué)和細胞生物學(xué)之間的界面上令人興奮的發(fā)現(xiàn)，這將為癌癥和阿爾茨海默病等疾病帶來新的治療方法?！?

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