當(dāng)細胞受到外界環(huán)境的刺激(如加熱、饑餓)時，細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和 RNA 分子會相互聚集，形成團塊。長期以來，這些團塊被認(rèn)為是細胞損傷的標(biāo)志，是有害的功能失調(diào)的分子，因而是需要被細胞清除掉的。例如，在阿爾茨海默氏病、帕金森氏病和肌萎縮性側(cè)索硬化(ALS)等神經(jīng)退行性疾病的患者大腦中，我們都能觀察到聚集成團的蛋白質(zhì)累積在垂死的神經(jīng)元內(nèi)。近日，芝加哥大學(xué)的研究人員在《Cell》發(fā)文稱他們發(fā)現(xiàn)，在出芽酵母中存在一種名為 poly(A)結(jié)合蛋白(Pab1)的蛋白質(zhì)分子能夠通過形成團塊來響應(yīng)外界刺激，幫助細胞渡過難關(guān)。

1.有益的蛋白質(zhì)聚集

這項研究中，研究人員試圖把 Pab1 團塊分離出來。在顯微鏡下，那些團塊看起來像圓形的水滴，與其說是團塊，倒不如說是水凝膠，質(zhì)地有點像果凍或是牙膏。最重要的是，當(dāng)研究人員在活細胞中干擾這種水凝膠的形成時，這些細胞就失去了應(yīng)對外界刺激的能力。也就是說，Pab1 水凝膠的形成，非但沒有損害細胞的正常功能，還增強了細胞的適應(yīng)性。

“這種蛋白質(zhì)的聚集更像是一個有組織的緊急程序。就好像火災(zāi)警報時，人們離開原本的工作崗位，在特定的地方集合，以確保安全。”這篇文章的通訊作者、芝加哥大學(xué)助理教授說，“對細胞而言，水凝膠的形成不僅能夠起到保護作用，還有調(diào)配的功能，比如打電話給消防隊員和護理人員?！?br/>

2.應(yīng)激機制?——相分離

近年來，大量的研究表明，形成蛋白質(zhì)液滴和水凝膠是細胞組織和重塑自身的重要方式。其中有一個過程——“相分離”——是水凝膠形成所必須的，就像沙拉醬中的油和醋，雖然都是液體，卻能夠彼此分開。為了發(fā)生相分離，之前的研究通常會使用極端的實驗條件，如高濃度的蛋白質(zhì)或添加劑。而這項研究表明，細胞在受到外界刺激時，正常濃度的 Pab1 蛋白以及正常的細胞環(huán)境內(nèi)就可以發(fā)生相分離。

令人驚訝的是，我們實際上并不知道這些細胞如何感受外界溫度的變化的，動物具有感應(yīng)溫度變化的神經(jīng)元，但單細胞的酵母卻沒有。這種相分離過程的溫度敏感性遠大于任何其他已經(jīng)描述的溫度傳感系統(tǒng)。因此，我們猜測這種通過形成水凝膠來感應(yīng)外界溫度和其他刺激的機制可能是廣泛存在的。

3.相分離的逆過程與疾病

除此之外，研究人員還在研究如何將 Pab1 的水凝膠液滴分散成單個分子。研究相分離的逆轉(zhuǎn)過程能夠幫助我們理解這一過程為什么會失敗。例如，在神經(jīng)退行性疾病(阿爾茨海默氏病、ALS 等)患者的神經(jīng)細胞我們找到了蛋白質(zhì)團塊可能有利的第一個證據(jù)，還有更多問題需要我們?nèi)ソ鉀Q，比如細胞是如何使用相分離過程來實現(xiàn)重要的功能，以及相分離這一可逆過程的故障如何導(dǎo)致疾病等。

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