在液体冷凝液划分方面的一个有希望的突破

突破奖这一消息在诺贝尔奖揭晓前几周谨慎地宣布,但尚未引起瑞典奖项所享受的关注和猜测。但每枚300万美元(260万英镑)的奖金对获胜者来说更有利可图。该奖项针对三个学科——基础物理学、数学和生命科学——公平地说,今年在最后一个类别中获奖的一个主题在20年前是无人关注的。德国德德斯顿马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所的安东尼·海曼和他的前博士后克利福德·布兰温(现就职于美国普林斯顿大学)发现了细胞中液-液相分离的重要性。

2009年,两人报道在线虫的生殖细胞中形成一种叫做P颗粒的结构秀丽隐杆线虫是含有蛋白质和RNA分子的液滴,它们在一个经典的相变中从细胞质中分离出来。1它们非常类似于由RNA和RNA结合蛋白(RNABPs)组成的RNP应激颗粒结构。RNP颗粒在细胞中形成以应对压力,并在代谢、记忆和发育中发挥多种作用。Brangwynne还发现,真核细胞的核仁(细胞核中制造蛋白质的核糖体的区域)也具有液滴的特征。

现在,这样的液滴,或“冷凝物”,似乎无处不在。“液相凝结越来越成为细胞内空间组织的基本机制。”Brangwynne说写了2017年,他与普林斯顿大学的同事申永大(Yongdae Shin)合作。2它们的价值在于可以快速组装,并用于细胞内部的临时组织和划分。像我们这样的真核细胞布满了永久性的细胞器,如线粒体、高尔基体和溶酶体,它们可以隔离某些蛋白质和其他分子,在不受细胞其他部分干扰的情况下完成它们的工作。但是,虽然这些细胞器通常由脂质膜包围,但液体冷凝物却没有脂质膜。它们的成分只是在需要时聚集在一起,然后分散,在海曼的类比中,就像分子快闪族。

这是因为这些成分——通常是rna和RNABPs——对彼此具有非特异性的粘性。与精巧折叠的酶不同,RNABPs倾向于相当松散和无序,并且对它们结合的rna并不挑剔。

然而,所有这些都是真核细胞所特有的,真核细胞需要高度的内部组织。像细菌这样的原核生物就不那么需要这种物质,它们没有任何通用的细胞器。在某种程度上,这是因为生物化学途径之间的交叉对话风险较小:原核生物拥有的杂乱的粘性无序蛋白质比我们少得多。

新的和改进的

这对普通细菌来说很好。但是,一些试图将新功能改造成细菌的研究人员认为,利用液体冷凝物制造更多隔间的能力可能很方便。有人可能会想象,我们所需要的只是一些多余的rna和RNABPs——但在人工系统中控制这些成分远非易事,这样它们就不会凝固成细胞毒性黏液。

这就是为什么法国巴黎大学的郭浩天(Haotian Guo)领导的一个团队成功地将基于rna的合成液滴制成大肠杆菌细菌是如此令人印象深刻。1研究人员将包含RNABPs偏爱的序列的短RNA链与包含数十个重复的三联体序列CAG的尾部系在一起,制成了这些结构,他们称之为转录工程可寻位RNA溶剂液滴(巧妙地缩写为Tears)。这些分子聚集成一种液体状的斑点,这是一种RNA溶剂,与“头部”中的RNA序列结合的蛋白质可以被隔离在其中。眼泪的形成似乎是由CAG链驱动的,或多或少与蛋白质结合头中的哪个序列无关——因此,似乎有很大的空间来定制液滴作为特定蛋白质的存储容器。

这就是为什么法国巴黎大学郭浩天领导的团队在2013年取得了成功合成基于rna的液滴大肠杆菌细菌真是令人印象深刻。3.研究人员将包含RNABPs偏爱的序列的短RNA链与包含数十个重复的三联体序列CAG的尾部系在一起,制成了这些结构,他们称之为转录工程可寻位RNA溶剂液滴(巧妙地缩写为Tears)。这些分子聚集成一种液体状的斑点,这是一种RNA溶剂,与“头部”中的RNA序列结合的蛋白质可以被隔离在其中。眼泪的形成似乎是由CAG链驱动的,或多或少与蛋白质结合头中的哪个序列无关——因此,似乎有很大的空间来定制液滴作为特定蛋白质的存储容器。这个团队也可以大肠杆菌在细胞中,一组液滴欢迎特定的蛋白质(比如绿色荧光蛋白,这使得监测它的去向变得容易),而另一组液滴则拒绝它。就像普通的细胞器一样,眼泪可以被设计成配置或分离特定的酶。

液体凝析液的作用之一被认为是缓冲液:当蛋白质过多时,液滴可能会吸收蛋白质,但当蛋白质不足时,液滴就会释放蛋白质。通过这种方式,这些结构可以抑制蛋白质转录中的随机“噪声”,并稳定细胞组成。巴黎的研究小组表明,眼泪同样可以消除细菌细胞的转录波动。

郭现在在中国科技之都深圳成立了一家名为Ailurus的生物科技初创公司,以该公司所谓的“用于工程相分离的开发工具包”Tear-2的形式,将这种方法商业化。未来的发展方向完全是一个想象的问题:郭敬明说,它已经准备好了“即插即用”。