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《Science》无(wu)膜细(xi)胞室的(de)内(nei)部工作

【字体: 时间:2021年09月13日 来源:Science

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  约翰霍(huo)普金斯医学院的研究(jiu)人员报(bao)告说,食品(pin)科(ke)学原理(li)帮助他们(men)确(que)定了(le)细胞内不寻常的液(ye)滴是如何保持组织(zhi)的,并避免溶解到细胞内部(bu)的其(qi)他凝胶状部(bu)分(fen)。

  
   

Protein condensates    

蛋白质冷(leng)凝物(wu)(红色)被吸(xi)附到冷(leng)凝物(wu)表面的Pickering剂(绿色)稳定。

信贷(dai):安(an)德鲁(lu)Folkmann

约(yue)翰霍普金斯医学院的研究人员报(bao)告说,食品科(ke)学原理帮助他(ta)们确定了细胞内不寻常的液滴是如何保(bao)持组织(zhi)的,并避免溶解到细胞内部(bu)的其他(ta)凝(ning)胶状部(bu)分。

研究人员表示(shi),他们的(de)工作可以促进对细胞进化(hua)的(de)科学理(li)解,并帮助食品和(he)化(hua)学工业的(de)科学家开(kai)发出更好的(de)防止液体混合物分(fen)离的(de)方(fang)法。

所有(you)生物的(de)细胞里都(dou)有(you)一(yi)(yi)组叫做细胞器(qi)的(de)微(wei)型生物机(ji)器(qi)。这些(xie)结(jie)构运行细胞的(de)动力源(yuan)线粒体、脑(nao)核和其他操作,所有(you)这些(xie)都(dou)有(you)明确的(de)边界,并被膜包裹。然而,还有(you)一(yi)(yi)些(xie)细胞部分看起(qi)来是黏性(xing)的(de)、无膜的(de)“斑点(dian)”,但它们有(you)不同的(de)用途,比如调节基(ji)因(yin)、发送化学信号(hao)或储存特定分子的(de)位置(zhi)。

长期以来,科学(xue)(xue)家们(men)一直(zhi)认(ren)为这(zhei)些有点(dian)神秘(mi)的液(ye)滴(di)可能是细(xi)胞器的原始(shi)版本,约翰·霍普金斯大学(xue)(xue)领导(dao)的研(yan)(yan)究(jiu)小(xiao)组对(dui)实验室(shi)线虫(chong)进行(xing)了进一步研(yan)(yan)究(jiu)。

研(yan)究小(xiao)组关于这些被称为(wei)生物分子冷(leng)凝物的液滴的发现(xian)发表在9月(yue)10日的《Science》杂志(zhi)上。

“我(wo)希望这(zhei)项工作(zuo)将有助于说(shuo)服科学家(jia),生物分子冷凝物是高(gao)度复杂的(de)细胞隔(ge)间,”约翰霍普(pu)金斯大学医学院(yuan)基础研(yan)究副(fu)院(yuan)长,霍华德·休斯医学研(yan)究所研(yan)究员博士说(shuo)。“我(wo)们(men)发现(xian)它(ta)们(men)和其他细胞器一样,具有调节(jie)作(zuo)用并(bing)对环(huan)境做出反应。我(wo)们(men)发现(xian)它(ta)们(men)确实有膜,只是不是我(wo)们(men)习惯看到的(de)那种。”

20世纪70年代(dai)(dai),科学家们首次将生物(wu)分子(zi)凝聚物(wu)命名为“颗粒(li)(li)(granules)”,他们使用(yong)电子(zi)显(xian)微镜更仔细地观察了许(xu)多生物(wu)体(ti)的(de)(de)(de)结构(gou),包括被(bei)称(cheng)为线虫(chong)的(de)(de)(de)弯(wan)曲生物(wu),其(qi)相对简单的(de)(de)(de)生物(wu)学特(te)性使其(qi)成为研究从现(xian)代(dai)(dai)基因切割技术到蛋白(bai)质结构(gou)等(deng)一切事物(wu)的(de)(de)(de)通用(yong)实验室(shi)模(mo)型(xing)。线虫(chong)体(ti)内的(de)(de)(de)冷(leng)凝物(wu),看(kan)起(qi)来坚(jian)韧,外观与沙粒(li)(li)相似,被(bei)称(cheng)为P颗粒(li)(li)。

2014年,在(zai)Seydoux的实验室里,研究生Jennifer Wang进行了基因分析,在(zai)线虫P颗(ke)粒(li)中(zhong)发现了一种名为MEG-3的蛋(dan)白(bai)质。Wang的实验表(biao)明,另一种蛋(dan)白(bai)质,PGL-3,创造了粘性的液滴,即P颗(ke)粒(li)的“核心”,而MEG-3悬浮在(zai)P颗(ke)粒(li)的外部,形成了覆盖在(zai)P颗(ke)粒(li)表(biao)面的小“团簇”。

Seydoux说:“我(wo)们(men)不(bu)明(ming)白(bai)的(de)是(shi),这(zhei)些蛋白(bai)质可能只(zhi)是(shi)停留在P颗粒(li)的(de)外部,却对(dui)稳定颗粒(li)内部如(ru)此不(bu)可或缺。”

2020年(nian)1月,当(dang)(dang)Seydoux正(zheng)在寻找合(he)适的(de)词语来描述他(ta)们的(de)观察(cha)结果时,这(zhei)个谜团仍未解开(kai)。她在谷歌上(shang)搜索(suo)了“固体稳定(ding)液”,发现(xian)了皮克林(lin)(Pickering)乳(ru)剂的(de)食品科学概念。Seydoux说(shuo):“当(dang)(dang)我读到(dao)更多关(guan)于这(zhei)个现(xian)象的(de)信息时,我感到(dao)非常惊讶。

乳化液是(shi)两(liang)种通常不(bu)能很(hen)好混合(he)的液体的混合(he)物,比如油和水。Pickering乳剂是(shi)一种稳定的混合(he)物,就像(xiang)杂货店里每天买的牛奶一样。

未经加工的(de)牛(niu)奶(nai)自(zi)然(ran)是(shi)不稳定的(de),牛(niu)奶(nai)中(zhong)的(de)脂(zhi)(zhi)肪滴(di)往往会(hui)粘在(zai)一起,以(yi)减少脂(zhi)(zhi)肪分(fen)(fen)子(zi)之(zhi)间(jian)的(de)整体表面积(ji)。脂(zhi)(zhi)肪分(fen)(fen)子(zi)(或奶(nai)油(you))上升到顶部(bu),从乳清(或牛(niu)奶(nai)中(zhong)的(de)水状液体)中(zhong)分(fen)(fen)离(li)出来。

为了避(bi)免(mian)牛奶(nai)分离和稳定液体,牛奶(nai)加(jia)工者将牛奶(nai)通过一(yi)个小针,这将分解脂(zhi)肪滴,在它(ta)们表面覆(fu)盖一(yi)种名为酪蛋白的(de)蛋白质,避(bi)免(mian)产生(sheng)一(yi)层融合脂(zhi)肪分子(zi)的(de)乳(ru)脂(zhi)层。

Seydoux说(shuo),她突(tu)然想到,MEG-3可能以一(yi)种非常类似于牛奶中的(de)酪蛋白的(de)作(zuo)用,降低(di)液滴的(de)表(biao)面张(zhang)力,防(fang)止它(ta)们融合在一(yi)起。她补充说(shuo),MEG-3倾向于留在P颗(ke)粒表(biao)面,这表(biao)明(ming)它(ta)起到了一(yi)种膜(mo)的(de)作(zuo)用。

在他们的(de)(de)实(shi)验中,Seydoux和她的(de)(de)团队表明,涂(tu)有MEG-3涂(tu)层的(de)(de)PGL-3液滴(di)在玻片上保持(chi)均(jun)匀分(fen)离,与未涂(tu)涂(tu)层的(de)(de)凝聚物熔合在一起的(de)(de)液滴(di)数量(liang)是前者的(de)(de)两(liang)倍,从而在玻片上形成更少、更大(da)的(de)(de)液滴(di)。

Seydoux说(shuo):“这在(zai)(zai)(zai)食品科学中(zhong)是一(yi)个众所周(zhou)知的现(xian)象(xiang),现(xian)在(zai)(zai)(zai)我们看到,它也可(ke)能发生在(zai)(zai)(zai)细(xi)胞内。”

Seydoux和她的(de)团队还对缺(que)乏(fa)MEG-3的(de)线虫卵细(xi)胞进行了(le)工程改造,发现未被包裹的(de)P颗粒溶解得更(geng)慢。Seydoux说,这个和其他实验表明(ming),MEG-3不仅(jin)在正常(chang)条(tiao)件下稳定液滴,而且在环境条(tiao)件变化时使液滴反应更(geng)快。

Seydoux的(de)博(bo)士(shi)后团队向(xiang)一(yi)位物理化学专家寻求帮助,以完成他们的(de)研究,这(zhei)位专家可以指导他们了解皮克(ke)林乳(ru)剂的(de)物理。

几个(ge)月前,伦敦帝国理工学院(Imperial College of London)的生物(wu)工程师Chiu Fan Lee加入了这个(ge)团队,他帮(bang)助(zhu)他们(men)确定了MEG-3线(xian)虫(chong)模型(xing)中(zhong)缺失的一个(ge)成分:一种名(ming)为(wei)MBK-2的酶,它有助(zhu)于P颗粒内的液体变得不那(nei)么粘稠。

Seydoux说:“总(zong)之,这些实验为细胞内的(de)原(yuan)始(shi)汤(tang)如何聚集成隔间提供了解释,这些隔间可以抵抗融合,并对发育(yu)线索作(zuo)出反应。”

该团队计划(hua)进(jin)一步研究,以(yi)确(que)定MEG-3的(de)精(jing)确(que)物理结构,以(yi)及它(ta)如何(he)工作的(de)更多细(xi)节。他(ta)们说(shuo),如果进(jin)一步的(de)研究取(qu)得成功(gong),MEG-3可(ke)以(yi)为食品(pin)和化学工业开发皮克林乳剂提供(gong)一种可(ke)再(zai)生资源。

Seydoux和团(tuan)队已经(jing)申(shen)请了(le)使(shi)用MEG-3作为开(kai)发Pickering乳剂工具的(de)专(zhuan)利。

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