新工具阐明了被忽视的细胞组件关键角色背后的机制

　   普林斯顿大学的研究人员创造了利用光探测细胞行为奥秘的新工具，发现了细胞组分的形成，称为无膜细胞器，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Cell杂志上的两篇论文中，普林斯顿多个部门的研究人员报告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。

　　化学和生物工程副教授兼研究团队负责人Clifford Brangwynne表示，从研究结果来看，研究中使用的两种光线束系统的发展至少与长期一样重要。研究人员开发的工具使科学家能够准确地探测细胞内相分离 - 细胞内混沌液体物质转变为功能性细胞区室的过程，称为无膜细胞器。

　　长期被忽视的是，这些细胞器已被证明在人类健康中起着关键作用。例如，其流体样稠度的丧失与包括癌症，阿尔茨海默氏症和肌萎缩侧索硬化症(ALS)在内的疾病有关。Brangwynne实验室以前的工作表明，无膜细胞器在细胞生长中起着重要作用。最近两篇Cell论文中的一篇证明它们也影响控制细胞行为的基因。

　　“我们最近开发的用于控制细胞内相变的这些技术系统应该被证明是基础研究的有力工具，并且具有许多应用，特别是在人类健康方面，”Brangwynne说，他也是霍华德休斯医学研究所的调查员。

　　在第一个项目中，研究人员开发了一种名为Corelets的工具，并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在细胞的某些局部区域产生细胞器的机制，但在其他区域则不然。反过来，这可能指出治疗出错的蛋白质组装的方法。

　　Corelet系统使用基因工程的光敏蛋白质，当暴露在光线下时，它们会变形并改变它们的行为。蛋白质，在这种情况下称为铁蛋白的人类血液蛋白质，聚集成一个微小的球体。暴露于蓝光会导致其他蛋白质粘附在铁蛋白球体上。通过改变某些参数，研究人员可以使用该技术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内的相变，”博士后研究员，Corelets论文的第一作者Dan Bracha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的细胞核。研究人员使用名为CasDrop的第二种工具研究了染色质，即细胞核内DNA，RNA和蛋白质的混合物。他们发现，当细胞核内形成无膜细胞器时，它们会以意想不到的方式使染色质变形。他们发现液滴会推出不需要的基因，但可以同时将特定目标基因聚集在一起。因此，液滴可以像小的机械活动机器一样起作用以重构基因组。

　　CasDrop系统建立在名为CRISPR的革命性基因编辑技术的基础上，该技术利用称为Cas9的蛋白质机器来解决细胞中的特定基因。Brangwynne及其同事将Cas9设计成一个平台，在光激活后，其他蛋白质与基因结合，局部相分离，在染色质上形成少量露珠。

　　CasDrop论文的共同主要作者是博士后研究员Yongdae Shin和化学博士生Yi-Che Chang。

　　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(Phillip Sharp)表示，这项研究结果正在推动我们对无膜细胞器的理解。

　　“Brangwynne及其同事发明了一种新方法来研究蛋白质之间的相互作用如何动态形成凝结物与活细胞中的相变特性，”夏普说。“这两篇论文突出了物理学和细胞生物学界面的令人兴奋的发现，这些发现将为癌症和阿尔茨海默氏症等疾病带来新的治疗方法。”