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新工具阐明了细胞成分被忽视的关键作用背后的机制

导读普林斯顿大学的研究人员创造了一种新的工具,利用光来探索细胞行为的奥秘,并发现了称为无膜细胞器的细胞成分的形成,以及这些细胞器在细胞

普林斯顿大学的研究人员创造了一种新的工具,利用光来探索细胞行为的奥秘,并发现了称为无膜细胞器的细胞成分的形成,以及这些细胞器在细胞中发挥的关键作用。

在11月29日发表在《细胞》杂志上的两篇论文中,普林斯顿各个部门的研究人员报道了导致无膜细胞器形成的条件以及这种形成对细胞DNA的影响。

化学工程副教授、研究团队负责人Clifford Brangwynne表示,从研究结果来看,研究中使用的两个光束系统的发展至少和长期一样重要。研究人员开发的工具使科学家能够准确检测细胞内相分离的过程——混乱的液体物质转化为功能性细胞隔间,称为无膜细胞器。

长期被忽视的是,事实证明这些细胞器在人类健康中起着关键作用。例如,液体样稠度的丧失与包括癌症、阿尔茨海默病和肌萎缩侧索硬化(ALS)在内的疾病有关。布兰文实验室先前的工作表明,无膜细胞器在细胞生长中起着重要作用。最近的两篇细胞论文之一证明,它们也影响控制细胞行为的基因。

“我们最近开发的这些控制细胞内相变的技术系统应该被证明是基础研究的有力工具,并有许多应用,尤其是在人类健康方面,”Brangwynne说,他也是霍华德休斯医学研究所的研究员。

在第一个项目中,研究人员开发了一个名为Corelets的工具,并使用它来创建驱动细胞相分离的蛋白质浓度的定量描述。因为蛋白质的浓度有助于调节无膜细胞器的组装,所以称为相图的描述将有助于研究人员研究细胞器在细胞某些局部区域的机制,而不是在其他区域。反过来,这可能会指出修复有缺陷的蛋白质组装的方法。

Corelet系统使用基因工程光敏蛋白。当暴露在光线下时,它们会变形并改变它们的行为。蛋白质,在这种情况下是人类血液中称为铁蛋白的蛋白质,聚集成一个微小的球体。暴露在蓝光下会导致其他蛋白质附着在铁蛋白球上。通过改变一些参数,研究人员可以使用这种技术来触发细胞不同区域的相分离。

“通过这些光激活工具,我们获得了前所未有的洞察力来控制细胞中的相变,”博士后研究员、Corelets论文的第一作者丹布拉查说。

在第二篇论文中,研究人员研究了无膜细胞器的形成如何影响细胞核。研究人员使用了第二种称为CasDrop的工具来研究染色质,染色质是细胞核中脱氧核糖核酸、核糖核酸和蛋白质的混合物。他们发现,当细胞核中形成无膜细胞器时,它们会以意想不到的方式使染色质变形。他们发现液滴可以推出不需要的基因,但它们可以同时收集特定的目标基因。因此,液滴可以像小型机械活动机器一样重建基因组。

CasDrop系统是基于革命性的基因编辑技术CRISPR,它使用名为Cas9的蛋白质机器来解决细胞中的特定基因。Brangwynne和他的同事将Cas9设计成一个平台。光激活后,其他蛋白质与基因结合并局部分离,在染色质上形成少量露水。

CasDrop论文的合著者是博士后研究员申永达和化学博士生张一车。

诺贝尔奖获得者、麻省理工学院科赫综合癌症研究所教授菲利普夏普说,这项研究的结果正在促进我们对无膜细胞器的理解。

夏普说:“Brangwynne和他的同事发明了一种新方法,研究蛋白质之间的相互作用如何在活细胞中动态形成凝块和相变特征。“这两篇论文突出了物理学和细胞生物学之间的界面上令人兴奋的发现,这将为癌症和阿尔茨海默病等疾病带来新的治疗方法。”

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