細(xì)胞中的液體細(xì)胞器如何共存而不合并？

紐約布法羅——一項(xiàng)新的研究可能有助于解釋人類細(xì)胞中的一個(gè)有趣現(xiàn)象：沒有壁的液體細(xì)胞器如何作為獨(dú)立的實(shí)體共存，而不僅僅是合并在一起。

這些被稱為無膜細(xì)胞器(MLO)的結(jié)構(gòu)是由蛋白質(zhì)和RNA組成的液滴，每個(gè)液滴包含兩種物質(zhì)。細(xì)胞器在組織細(xì)胞的內(nèi)部?jī)?nèi)容物中起著關(guān)鍵作用，可以作為生化活動(dòng)的中心來收集基本細(xì)胞反應(yīng)所需的分子。

然而，不同的液滴如何相互分離仍然是一個(gè)謎。為什么它們不總是結(jié)合形成更大的液滴？

布法羅文理學(xué)院大學(xué)物理助理教授Priya Ban Naji博士說：“這些細(xì)胞器沒有任何膜，所以普通的直覺會(huì)告訴你它們可以自由混合。”

班納吉是這項(xiàng)新研究的首席研究員，這項(xiàng)研究探索了為什么這不會(huì)發(fā)生。

本研究的共同作者包括第一作者、物理學(xué)博士生Ibraheem AlshareedahTaranpreet Kaur，物理學(xué)博士生；本科生Jason Ngo和物理學(xué)本科生漢娜塞帕拉；醫(yī)學(xué)工程本科生Liz-Audrey Djomnang Kounatse；還有魏巍和邁赫迪穆薩，物理學(xué)博士后。全部來自UB。

如果液滴是凝膠狀的，它們就不容易混合。

研究結(jié)果于8月22日發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》，指出液滴中蛋白質(zhì)和RNA分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)是阻止MLO混合的關(guān)鍵因素。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，某些類型的RNA和蛋白質(zhì)比其他類型的更“粘”，因此它們可以形成凝膠狀的液滴，在粘彈性狀態(tài)下不容易與其他液滴融合。具體來說，當(dāng)液滴含有富含嘌呤成分的RNA分子和富含精氨酸氨基酸的蛋白質(zhì)時(shí)，它們更有可能是凝膠狀的。

實(shí)驗(yàn)不是在細(xì)胞中進(jìn)行的。相反，這些發(fā)現(xiàn)是基于模型系統(tǒng)的測(cè)試，該系統(tǒng)由漂浮在緩沖液中的核糖核酸和肉瘤融合蛋白(FUS)組成。

FUS吸引研究人員興趣的原因之一是它與肌萎縮側(cè)索硬化癥(一種神經(jīng)退行性疾病)的潛在聯(lián)系。正如班納吉解釋的那樣，富含精氨酸的蛋白質(zhì)分子與疾病的一種流行形式有關(guān)，即c9orf72介導(dǎo)的ALS。

班納吉說：“我們的發(fā)現(xiàn)表明，富含精氨酸的蛋白質(zhì)在決定無膜細(xì)胞器的物質(zhì)狀態(tài)(液體或凝膠)方面發(fā)揮著特殊作用。"這項(xiàng)研究對(duì)于理解ALS連接的富含精氨酸的蛋白質(zhì)如何改變富含RNA的MLO的粘彈性狀態(tài)可能很重要."

除了理解為什么MLO是反混合的(由于增強(qiáng)的粘彈性)，這項(xiàng)研究還討論了RNA在含有FUS的液體細(xì)胞器的形成和溶解中的作用。發(fā)現(xiàn)對(duì)于所研究的液滴類型，在含有蛋白質(zhì)的溶液中加入低濃度的RNA會(huì)導(dǎo)致液滴的形成。但是隨著更多的核糖核酸的加入，液滴溶解了。

班納吉說：“這些液滴通常有一個(gè)小窗口，但對(duì)于富含精氨酸的蛋白質(zhì)來說，窗口要寬得多?！?

液體細(xì)胞器的復(fù)雜生命

這篇新論文是班納吉集團(tuán)進(jìn)行的一系列研究中的最新一篇，旨在探索管理MLO的創(chuàng)建、維護(hù)和解散的權(quán)力。

他說，盡管研究小組使用模型系統(tǒng)來檢查液滴的特征，但很可能是許多力量在一個(gè)細(xì)胞中共同作用，以確定細(xì)胞器的行為和功能。例如，可能有許多其他機(jī)制導(dǎo)致MLO凝膠或拒絕混合。

班納吉說：“細(xì)胞非常復(fù)雜，許多不同的分子經(jīng)歷不同的過程，這些過程同時(shí)聚集在一起，從而影響MLO的內(nèi)部活動(dòng)?！巴ㄟ^使用模型系統(tǒng)，我們可以更好地理解特定變量如何影響這些細(xì)胞器的形成和溶解。我們真的希望看到同樣的力量在自然界的細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。

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