细胞与发育生物学系主任、Louise B. McGavock 教授 Ian Macara 实验室的博士生 Christian de Caestecker 提出并验证了一种机制，该机制可解决围绕上皮细胞的数十年之谜。de Caestecker 的研究发表在《自然细胞生物学》杂志上，揭示了上皮细胞(面向外界的极化细胞)在每个细胞顶部(最外层)表面分类和递送所需的特殊蛋白质的过程。

上皮细胞的结构类似于盒子，顶部和侧面称为顶端表面和侧面。为了正确发挥其功能，上皮细胞必须准确地将蛋白质分拣到各个表面，而此类蛋白质输送中的缺陷可能导致多种人类疾病，例如癌症。

“大多数人类癌症都源自上皮，并表现出极化膜蛋白分布的缺陷，”马卡拉说。“如何将药物输送到顶部或顶端表面几十年来一直是个谜，但克里斯蒂安的才华和辛勤工作带来了重大突破。”

新合成的蛋白质被送到高尔基体进行进一步加工，并通过类似于邮政服务的过程分类到最终目的地。由于蛋白质中存在“邮政编码”，可以指示细胞蛋白质应通过哪条路径到达细胞表面，因此很容易理解如何将其运送到细胞两侧。

顶端蛋白缺乏相应的邮政编码，因此顶端分选过程仍然比较难以捉摸。考虑到许多顶端膜蛋白的胞质域非常短或不存在——这意味着它们的大部分体积位于质膜内或质膜外，而不是细胞内——de Caestecker 假设注定要进入顶端膜的蛋白质在高尔基体中根据胞质域的物理大小进行分选。

为了验证这个想法，他研究了三种具有短胞质尾巴的代表性顶端蛋白，并利用合成生物学方法改变​​它们尾巴的大小，观察这对分选有何影响。de Caestecker 发现，当它们的胞质尾巴被加长时，蛋白质在处理和离开高尔基体时会经历明显的延迟，并且被错误地运送到细胞的侧面而不是顶部。

此外，他们利用细胞成像共享资源的超分辨率显微镜观察到在运输过程中小货物和大货物分离到高尔基体的不同区域，这表明大的细胞质尾部阻碍了进入高尔基体内可能参与向顶端膜运送的专门区域。

de Caestecker 还测试了具有结合伙伴的顶端蛋白是单独分类还是结合，结果发现，尽管这些蛋白及其结合伙伴共同运输到高尔基体，但它们在运输到顶端膜之前会分离。这些结果支持了以下假设：高尔基体使用尺寸过滤器来确定蛋白质是否应该运输到顶端膜。

“细胞如何对极化蛋白进行分类并将其运送到适当的区域是细胞生物学的一个基本问题，”de Caestecker 说。“我们需要首先了解正常细胞中的这一过程，以便我们能够确定它在癌症等疾病中是如何被破坏的。”

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