記者從西湖大學(xué)獲悉，該校理學(xué)院張鑫團(tuán)隊系統(tǒng)性地揭示了微觀極性對于生物凝聚體分層結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性控制作用。這項工作為理解細(xì)胞內(nèi)多層無膜細(xì)胞器的形貌和功能調(diào)控提供了全新分子機(jī)制層面的理論。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《自然-化學(xué)生物學(xué)》期刊。
2009年，科學(xué)家在線蟲細(xì)胞里首次發(fā)現(xiàn)了無膜的、液滴狀的生殖顆粒。從此，無膜細(xì)胞器受到生物研究領(lǐng)域的關(guān)注?！按蠖鄶?shù)液滴形貌的無膜細(xì)胞器僅有單一聚集體，但少數(shù)的無膜細(xì)胞器具有多層、互不融合的聚集體。”論文第一作者、西湖大學(xué)理學(xué)院博士后葉松濤介紹。
受“油水分層”啟發(fā)，張鑫團(tuán)隊猜想，生物聚集體的分層，是由不同分層結(jié)構(gòu)微環(huán)境的極性控制的?！昂唵味裕瑯O性與分子電荷分布有關(guān)。分子電荷分布越不均勻，極性就越大?！比~松濤舉例說，水分子就是典型的極性分子，而大部分油脂分子電荷分布相對均勻，屬于非極性分子。
體外成像實(shí)驗驗證模型蛋白分層結(jié)構(gòu)和微觀極性的關(guān)系。西湖大學(xué)供圖
在這項研究中，張鑫實(shí)驗室開發(fā)了極性敏感型熒光分子SBD，并開創(chuàng)性地使用熒光壽命來定量表征生物聚集體內(nèi)微觀環(huán)境的參數(shù)。極性敏感熒光分子在激光激發(fā)下發(fā)光，其發(fā)光時間受環(huán)境極性大小的影響，極性越強(qiáng)的環(huán)境，發(fā)光時間越短。
張鑫團(tuán)隊首先用蛋白質(zhì)液滴來模擬無膜細(xì)胞器。他們將SBD熒光分子引入蛋白質(zhì)液滴中，通過熒光壽命成像的方式展示液滴的微觀極性。進(jìn)入不同液滴中的熒光分子，壽命差距十分明顯，說明這些液滴具有截然不同的極性。
接下來，研究團(tuán)隊將各種蛋白質(zhì)液滴兩兩混合在一起。這些液滴有的完全混溶，有的則形成分層結(jié)構(gòu)。他們繼續(xù)研究形成分層結(jié)構(gòu)的液滴，發(fā)現(xiàn)果然與微觀極性有關(guān)：即不同蛋白質(zhì)液滴的極性差距決定液滴是否分層，而蛋白質(zhì)液滴極性的相對大小，決定了其在分層結(jié)構(gòu)的相對位置。
在模型蛋白中獲得驗證后，研究團(tuán)隊進(jìn)一步在動物細(xì)胞中驗證了微觀極性決定了無膜細(xì)胞器分層的相對排布。
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