两篇《Cell》、两个神器“照亮”无膜细胞组成

11月29日，《Cell》杂志上发表了来自普林斯顿大学不同部门的两篇文章，他们报道了利用这种新工具所观察到的无膜细胞器形成条件以及它们对细胞DNA的影响。

研究小组负责人、化学和生物工程学副教授Clifford Brangwynne说，研究中采用的双光束系统对科学研究具有深远影响。在发表文章中，它允许研究人员精确地探测细胞内相分离：细胞内混乱液体物质转变为功能性细胞室（又称无膜细胞器）的过程。

尽管长期被忽视，科学家们日益意识到无膜细胞器对人类健康起着关键作用。例如，其流体样稠度丧失与癌症、阿尔兹海默症和肌萎缩性侧索硬化症（ALS）等疾病有关。

Brangwynne实验室之前的研究表明，无膜细胞器对细胞生长很重要，最新两篇《Cell》其中之一也表明，它们还会影响细胞行为。

“我们最近开发的控制细胞内相变的技术系统被证明是基础研究的有力工具，并具有许多应用，特别是在人类健康方面，”兼任Howard Hughes医学院研究所研究员的Brangwynne说。

在第一个项目中，研究人员开发了一款名为Corelets的工具，用来定量描述驱动细胞相分离的蛋白质浓度，蛋白质浓度有助于调节无膜细胞器的组装，因此，由此产生的相图（phase diagram）可以帮助研究人员调查细胞某些局部区域生成细胞器的机制，而为什么其他区域不产生细胞器。反过来，可以指出治疗错误蛋白质组装的某些方法。

Corelet系统使用基因工程感光蛋白，当暴露在光线下时，这些蛋白会变形并改变自身行为。本文研究的是人类血细胞蛋白“铁蛋白（ferritin）”，它们聚拢成一个微小的球体。当暴露在蓝光下时，其他蛋白会附着在铁蛋白球上，通过改变某些参数，研究人员可以使用该技术触发细胞内不同区域的相分离。

“利用这种光激活工具，我们在控制细胞内相变方面获得了前所未有的洞察力，”文章一作、开发Corelets系统的博后研究员Dan Bracha说。

在第二篇文章中，研究人员研究了无膜细胞器的形成如何影响细胞核。他们采用了第二种名为“CasDrop”的工具，观察染色质（核内DNA、RNA和蛋白质的混合物）。他们发现，当无膜细胞器在细胞核内形成时，竟然会以意想不到的方式使染色质变形。他们指出，这些液滴可以帮助排除不需要的基因，同时也可以帮助收集特异性靶基因。因此，微小的液滴们像小活性机器一样起作用，辅助重构基因组。

CasDrop系统建立在革命性基因编辑技术CRISPR的基础上，后者利用Cas9蛋白机器来处理基因组的特定基因。Brangwynne和同事改造了Cas9平台，让其在光激活时诱导其他蛋白质与基因结合，使局部生产相分离，在染色质区域形成小液滴。

CasDrop系统的共同建立者包括博后学者Yongdae Shin和化学博士生Yi-Che Chang。

诺贝尔奖得主、麻省理工学院Koch综合癌症研究所教授Phillip Sharp（未参与本研究）评论这些发现正在促进我们对无膜细胞器的理解。“Brangwynne等人发明了一种新方法来研究蛋白质之间相互作用如何动态地形成具有活细胞相变特性的凝析油。这两篇论文突出了物理学与细胞生物学交界层面令人兴奋的发现，这些发现将导致癌症和阿尔兹海默症等疾病的新疗法。”

原文检索：Mapping Local and Global Liquid Phase Behavior in Living Cells Using Photo-Oligomerizable Seeds

Liquid Nuclear Condensates Mechanically Sense and Restructure the Genome

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