细胞中的液体细胞器如何共存而不合并？

纽约布法罗——一项新的研究可能有助于解释人类细胞中的一个有趣现象：没有壁的液体细胞器如何作为独立的实体共存，而不仅仅是合并在一起。

这些被称为无膜细胞器(MLO)的结构是由蛋白质和RNA组成的液滴，每个液滴包含两种物质。细胞器在组织细胞的内部内容物中起着关键作用，可以作为生化活动的中心来收集基本细胞反应所需的分子。

然而，不同的液滴如何相互分离仍然是一个谜。为什么它们不总是结合形成更大的液滴？

布法罗文理学院大学物理助理教授Priya Ban Naji博士说：“这些细胞器没有任何膜，所以普通的直觉会告诉你它们可以自由混合。”

班纳吉是这项新研究的首席研究员，这项研究探索了为什么这不会发生。

本研究的共同作者包括第一作者、物理学博士生Ibraheem AlshareedahTaranpreet Kaur，物理学博士生；本科生Jason Ngo和物理学本科生汉娜塞帕拉；医学工程本科生Liz-Audrey Djomnang Kounatse；还有魏巍和迈赫迪穆萨，物理学博士后。全部来自UB。

如果液滴是凝胶状的，它们就不容易混合。

研究结果于8月22日发表于《美国化学学会杂志》，指出液滴中蛋白质和RNA分子的化学结构是阻止MLO混合的关键因素。

研究团队发现，某些类型的RNA和蛋白质比其他类型的更“粘”，因此它们可以形成凝胶状的液滴，在粘弹性状态下不容易与其他液滴融合。具体来说，当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质时，它们更有可能是凝胶状的。

实验不是在细胞中进行的。相反，这些发现是基于模型系统的测试，该系统由漂浮在缓冲液中的核糖核酸和肉瘤融合蛋白(FUS)组成。

FUS吸引研究人员兴趣的原因之一是它与肌萎缩侧索硬化症(一种神经退行性疾病)的潜在联系。正如班纳吉解释的那样，富含精氨酸的蛋白质分子与疾病的一种流行形式有关，即c9orf72介导的ALS。

班纳吉说：“我们的发现表明，富含精氨酸的蛋白质在决定无膜细胞器的物质状态(液体或凝胶)方面发挥着特殊作用。"这项研究对于理解ALS连接的富含精氨酸的蛋白质如何改变富含RNA的MLO的粘弹性状态可能很重要."

除了理解为什么MLO是反混合的(由于增强的粘弹性)，这项研究还讨论了RNA在含有FUS的液体细胞器的形成和溶解中的作用。发现对于所研究的液滴类型，在含有蛋白质的溶液中加入低浓度的RNA会导致液滴的形成。但是随着更多的核糖核酸的加入，液滴溶解了。

班纳吉说：“这些液滴通常有一个小窗口，但对于富含精氨酸的蛋白质来说，窗口要宽得多。”

液体细胞器的复杂生命

这篇新论文是班纳吉集团进行的一系列研究中的最新一篇，旨在探索管理MLO的创建、维护和解散的权力。

他说，尽管研究小组使用模型系统来检查液滴的特征，但很可能是许多力量在一个细胞中共同作用，以确定细胞器的行为和功能。例如，可能有许多其他机制导致MLO凝胶或拒绝混合。

班纳吉说：“细胞非常复杂，许多不同的分子经历不同的过程，这些过程同时聚集在一起，从而影响MLO的内部活动。“通过使用模型系统，我们可以更好地理解特定变量如何影响这些细胞器的形成和溶解。我们真的希望看到同样的力量在自然界的细胞内发挥作用。

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