研究可能有助于解释细胞内的液体细胞器如何在不合并的情况下共存
来源：news medical | 校审：Kate Anderton | 2019-10-10 | 翻译：聚生物
新的研究可能有助于解释人体细胞内部一个有趣的现象:无壁的液体细胞器如何能够作为独立的实体共存，而不是直接合并在一起。
这些结构称为无膜细胞器（membrane-less organelles，MLOs），是由蛋白质和rna构成的液滴，每一滴都含有这两种物质。细胞器在组织细胞内部内容物方面起着至关重要的作用，可以作为生物化学活动的中心，招募必要的分子来进行必要的细胞反应。
但是不同的液滴是如何相互分离的仍然是一个谜。为什么它们不结合在一起形成更大的液滴呢?
布法罗艺术与科学大学物理学助理教授Priya Banerjee博士说:“这些细胞器没有任何膜，因此，直觉告诉你它们可以自由混合。”
班纳吉（Banerjee)是这项新研究的首席研究员，该研究探索了为什么这种情况不会发生。
这项研究的合著者包括第一作者Banerjee，和物理学博士生伊布拉海姆·阿尔沙雷达；物理学博士生塔兰皮特·考尔；本科生詹森·恩戈；物理学和数学本科生汉娜·塞帕拉；生物医学工程本科生利兹·奥黛丽·乔姆南格·库纳特；以及物理学博士后研究员王伟和马赫迪·穆萨。他们都来自纽约布法罗大学（university at Buffalo, UB）。
液滴呈胶状时不易混合
研究结果发表在8月22日的《美国化学学会杂志》(Journal of The American Chemical Society)上。研究结果指出，液滴中的蛋白质和RNA分子的化学结构可能是阻止MLOs混合的一个关键因素。
研究小组发现，某些类型的RNA和蛋白质比其他类型的更“粘稠”，使它们能够形成凝胶状的液滴，不易与其他处于相同粘弹性状态的液滴融合。具体来说，当液滴中含有富含嘌呤的RNA分子和富含精氨酸的蛋白质时，液滴更可能是凝胶状的。
实验没有在细胞中进行。相反，这些发现是基于对模型系统的测试，这些模型系统是由RNA和一种叫做肉瘤融合(FUS)形成的液滴蛋白质组成，漂浮在缓冲溶液中。
FUS引起研究者兴趣的一个原因是它可能与神经退行性疾病肌萎缩侧索硬化（ALS）有关。正如班纳吉(Banerjee)所解释的，富含精氨酸的蛋白质分子与一种常见的疾病有关，这种疾病被称为c9orf72介导的ALS。
Banerjee说:“我们的发现指出了富含精氨酸的蛋白质在决定无膜细胞器的物质状态(液体还是凝胶)方面的特殊作用。”“这项研究对于理解ALS相关的富含精氨酸蛋白如何改变富含RNA的MLOs的粘弹性状态具有重要意义。”
除了深入了解为什么MLOs会抵抗混合(由于增强的粘弹性)，这项研究还探讨了RNA在含FUS的液体细胞器的形成和溶解中的作用。研究发现，对于被研究的液滴类型，在含有蛋白质的溶液中加入低浓度的RNA会导致液滴形成。但随着更多RNA的加入，液滴就会溶解。
Banerjee说:“这些液滴通常在一个非常小的浓度范围内存在，但是对于富含精氨酸的蛋白质，这个窗口要大得多。”
液体细胞器的复杂周期
这篇新论文是班纳吉的团队进行的一系列研究的最新成果，这些研究旨在探索支配MLOs产生、维持和解散的力量。
他说，虽然研究小组使用模型系统来检查液滴的个别特性，但在细胞中很可能是许多力量共同作用来决定细胞器的行为和功能。可能有多种其他机制，例如，导致MLOs呈现胶状状态或拒绝混合的机制。
班纳吉说:“细胞极其复杂，许多不同的分子经历着不同的过程，这些过程同时发生，影响着MLOs内部的活动。”“通过使用模型系统，我们能够更好地理解一个特定的变量如何影响这些细胞器的形成和溶解。我们希望在自然界，在细胞内部也能看到同样的力量在起作用。”
Banerjee最近获得了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)下属的国家老龄化研究所(National Institute on Aging)的资助，用于进一步研究MLOs。该项目预计将增强对MLOs如何随时间变化的理解。
Source:
Journal reference:
Alshareedah, I., et al. (2019) Interplay between Short-Range Attraction and Long-Range Repulsion Controls Reentrant Liquid Condensation of Ribonucleoprotein–RNA Complexes. Journal of the American Chemical Society. doi.org/10.1021/jacs.9b03689.
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