細胞中的液體細胞器如何共存而不合并？

紐約布法羅——一項新的研究可能有助于解釋人類細胞中的一個有趣現象：沒有壁的液體細胞器如何作為獨立的實體共存，而不僅僅是合并在一起。

這些被稱為無膜細胞器(MLO)的結構是由蛋白質和RNA組成的液滴，每個液滴包含兩種物質。細胞器在組織細胞的內部內容物中起著關鍵作用，可以作為生化活動的中心來收集基本細胞反應所需的分子。

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

布法羅文理學院大學物理助理教授Priya Ban Naji博士說：“這些細胞器沒有任何膜，所以普通的直覺會告訴你它們可以自由混合?！?

班納吉是這項新研究的首席研究員，這項研究探索了為什么這不會發(fā)生。

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

如果液滴是凝膠狀的，它們就不容易混合。

研究結果于8月22日發(fā)表于《美國化學學會雜志》，指出液滴中蛋白質和RNA分子的化學結構是阻止MLO混合的關鍵因素。

研究團隊發(fā)現，某些類型的RNA和蛋白質比其他類型的更“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時，它們更有可能是凝膠狀的。

實驗不是在細胞中進行的。相反，這些發(fā)現是基于模型系統(tǒng)的測試，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索硬化癥(一種神經退行性疾病)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分子與疾病的一種流行形式有關，即c9orf72介導的ALS。

班納吉說：“我們的發(fā)現表明，富含精氨酸的蛋白質在決定無膜細胞器的物質狀態(tài)(液體或凝膠)方面發(fā)揮著特殊作用。"這項研究對于理解ALS連接的富含精氨酸的蛋白質如何改變富含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(由于增強的粘彈性)，這項研究還討論了RNA在含有FUS的液體細胞器的形成和溶解中的作用。發(fā)現對于所研究的液滴類型，在含有蛋白質的溶液中加入低濃度的RNA會導致液滴的形成。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小窗口，但對于富含精氨酸的蛋白質來說，窗口要寬得多?！?

液體細胞器的復雜生命

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

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細胞中共同作用，以確定細胞器的行為和功能。例如，可能有許多其他機制導致MLO凝膠或拒絕混合。

班納吉說：“細胞非常復雜，許多不同的分子經歷不同的過程，這些過程同時聚集在一起，從而影響MLO的內部活動?！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胞內發(fā)揮作用。

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