普林斯頓大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了利用光探測細(xì)胞行為奧秘的新工具，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞組分的形成，稱為無膜細(xì)胞器，以及這些細(xì)胞器在細(xì)胞中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

　　在11月29日發(fā)表在Cell雜志上的兩篇論文中，普林斯頓多個部門的研究人員報告了導(dǎo)致無膜細(xì)胞器形成的條件以及這種形成對細(xì)胞DNA的影響。

　　化學(xué)和生物工程副教授兼研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人Clifford Brangwynne表示，從研究結(jié)果來看，研究中使用的兩種光線束系統(tǒng)的發(fā)展至少與長期一樣重要。研究人員開發(fā)的工具使科學(xué)家能夠準(zhǔn)確地探測細(xì)胞內(nèi)相分離 - 細(xì)胞內(nèi)混沌液體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄约?xì)胞區(qū)室的過程，稱為無膜細(xì)胞器。

　　長期被忽視的是，這些細(xì)胞器已被證明在人類健康中起著關(guān)鍵作用。例如，其流體樣稠度的喪失與包括癌癥，阿爾茨海默氏癥和肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)在內(nèi)的疾病有關(guān)。Brangwynne實驗室以前的工作表明，無膜細(xì)胞器在細(xì)胞生長中起著重要作用。最近兩篇Cell論文中的一篇證明它們也影響控制細(xì)胞行為的基因。

　　“我們最近開發(fā)的用于控制細(xì)胞內(nèi)相變的這些技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)該被證明是基礎(chǔ)研究的有力工具，并且具有許多應(yīng)用，特別是在人類健康方面，”Brangwynne說，他也是霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的調(diào)查員。

　　在第一個項目中，研究人員開發(fā)了一種名為Corelets的工具，并用它來創(chuàng)建驅(qū)動細(xì)胞相分離的蛋白質(zhì)濃度的定量描述。因為蛋白質(zhì)濃度有助于調(diào)節(jié)無膜細(xì)胞器的組裝，所以稱為相圖的描述將有助于研究人員研究在細(xì)胞的某些局部區(qū)域產(chǎn)生細(xì)胞器的機(jī)制，但在其他區(qū)域則不然。反過來，這可能指出治療出錯的蛋白質(zhì)組裝的方法。

　　Corelet系統(tǒng)使用基因工程的光敏蛋白質(zhì)，當(dāng)暴露在光線下時，它們會變形并改變它們的行為。蛋白質(zhì)，在這種情況下稱為鐵蛋白的人類血液蛋白質(zhì)，聚集成一個微小的球體。暴露于藍(lán)光會導(dǎo)致其他蛋白質(zhì)粘附在鐵蛋白球體上。通過改變某些參數(shù)，研究人員可以使用該技術(shù)觸發(fā)細(xì)胞不同區(qū)域的相分離。

　　“通過這些光激活工具，我們獲得了前所未有的洞察力來控制細(xì)胞內(nèi)的相變，”博士后研究員，Corelets論文的第一作者Dan Bracha說。

　　在第二篇論文中，研究人員研究了無膜細(xì)胞器的形成如何影響細(xì)胞的細(xì)胞核。研究人員使用名為CasDrop的第二種工具研究了染色質(zhì)，即細(xì)胞核內(nèi)DNA，RNA和蛋白質(zhì)的混合物。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞核內(nèi)形成無膜細(xì)胞器時，它們會以意想不到的方式使染色質(zhì)變形。他們發(fā)現(xiàn)液滴會推出不需要的基因，但可以同時將特定目標(biāo)基因聚集在一起。因此，液滴可以像小的機(jī)械活動機(jī)器一樣起作用以重構(gòu)基因組。

　　CasDrop系統(tǒng)建立在名為CRISPR的革命性基因編輯技術(shù)的基礎(chǔ)上，該技術(shù)利用稱為Cas9的蛋白質(zhì)機(jī)器來解決細(xì)胞中的特定基因。Brangwynne及其同事將Cas9設(shè)計成一個平臺，在光激活后，其他蛋白質(zhì)與基因結(jié)合，局部相分離，在染色質(zhì)上形成少量露珠。

　　CasDrop論文的共同主要作者是博士后研究員Yongdae Shin和化學(xué)博士生Yi-Che Chang。

　　諾貝爾獎獲得者，麻省理工學(xué)院科赫綜合癌癥研究所教授菲利普？夏普(Phillip Sharp)表示，這項研究結(jié)果正在推動我們對無膜細(xì)胞器的理解。

　　“Brangwynne及其同事發(fā)明了一種新方法來研究蛋白質(zhì)之間的相互作用如何動態(tài)形成凝結(jié)物與活細(xì)胞中的相變特性，”夏普說?！斑@兩篇論文突出了物理學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)界面的令人興奮的發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)將為癌癥和阿爾茨海默氏癥等疾病帶來新的治療方法?！?/p>