使用新开发的显微镜方法，弗莱堡和剑桥的研究人员首次能够量化活细胞中微小的动态分子聚集体的形成情况。这种聚合在信号处理中发挥着重要作用。

在细胞中，许多重要过程发生在无膜分子聚集体中，这有助于确保所涉及的分子以正确的浓度存在并且彼此接近。

来自德国弗莱堡大学和英国剑桥大学CIBSS卓越集群的科学家们直到现在才首次能够观察和分析活细胞中这种凝结物的形成。

他们在《自然通讯》杂志上撰文指出，这一过程不仅由物理力控制，还受到活跃的生物机制的控制。实验方案和分析工具是免费提供的，即使在不太先进的实验室中也能进行小聚集体的研究。

如果细胞内的分子完全随机分布，则细胞将无法存活。为了使许多生化过程以协调的方式发生，需要细分成更专门的区室。一些这样的隔室通过膜彼此分隔，但许多其他隔室则不然。

这种“无膜”分子聚集体(也称为缩合物)具有重要的生物学功能，因为它们的大小和数量特别灵活。人们通常认为它们是通过“液-液相分离”的物理过程形成的。

“这些冷凝物是细胞中的重要控制机制，因为它们可以根据需要加速或减慢生化过程，”ThorstenHugel教授解释道。他是弗莱堡大学CIBSS综合生物信号研究中心卓越集群的成员，并与剑桥大学的AleksReinhardt教授一起领导了当前的研究。

较小的冷凝物更难以探测

休格尔说，冷凝物如何帮助细胞处理生物信号和环境刺激的研究仍然不足。“研究通常集中在大型静态​​凝聚物上，因为它们更容易研究。但这些大型凝聚物通常只是一个漫长过程的最后阶段。在许多方面，动态生长和衰变的小型凝聚物更有趣，”他解释道。问题是：在构造上，它们包含相对较少的分子，因此即使对于高分辨率显微镜方法在活细胞中进行研究来说也太小且太快。

新方法规避了技术限制

在当前的研究中，弗莱堡和剑桥的科学家描述了一种绕过这些技术限制的方法。特别是，他们使用带有倾斜激光的传统高分辨率荧光显微镜，即所谓的HILO显微镜，并将其与特殊的实验程序和基于人工智能的分析方法相结合。

生长停滞无法用简单的物理模型来解释

研究人员将活细胞中的测量结果与冷凝物形成的传统理论描述进行了比较。“结果最初让我们感到惊讶，”剑桥大学化学系研究员莱因哈特说。“对于我们在这里研究的凝结物，正如人们所预料的那样，最初的增长仍然遵循熟悉的物理模型。然而，一旦它们达到一定的尺寸，它们的增长就会突然停止。”

NELF聚集体的生长受压力信号调节

在当前的研究中，研究人员研究了蛋白质NELF的聚集体。当细胞处于压力下时，例如由于热或当其他蛋白质聚集时(如痴呆和神经退行性疾病中发生的情况)，这些蛋白质聚集体就会形成。

“通过在细胞核中形成凝聚物，NELF更有效地抑制基因的表达，”合著者RitwickSawakar博士总结了该蛋白质的天然功能。“这种抑制对于细胞在压力下生存很重要。”Sawakar还曾在CIBSS工作，目前正在剑桥大学MRC毒理学部门进行研究。

科学家们现在观察到，许多小的NELF凝聚物也存在于非应激细胞中。“在非生物系统中，我们可能预计凝结物一旦达到临界尺寸就会继续增长。但在活细胞中，只有当细胞受到压力时才会出现这种情况，”莱因哈特描述道。由此，科学家们得出结论，细胞以活跃的方式使NELF凝聚体保持较小，直到压力信号允许凝聚体快速大规模生长。

蛋白质聚集体似乎对信号处理很重要

据科学家称，虽然这个过程一开始可能看起来很复杂，但它可能对于压力信号的处理至关重要：“它允许快速形成较大的冷凝物，并在需要时溶解较小的冷凝物，”休格尔解释道。“这使得细胞能够及时对压力做出反应。”随着年龄的增长，这种对压力的有效反应尤其重要，因为许多与年龄相关的神经退行性疾病是由不太有效的压力反应引起的。

人们普遍认为蛋白质聚集体对于细胞中的信号处理具有许多不同的基本功能。新开发的方法使研究人员能够全面了解这些功能。此外，这还使得研究蛋白质聚集体在错误折叠疾病(例如痴呆症)和神经退行性疾病(例如阿尔茨海默氏症或亨廷顿舞蹈症)中的作用成为可能。

从长远来看，彻底了解这些机制可能有助于诊断疾病和开发治疗方法。

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