《Cell》“相分离”重点文章：应激颗粒与P体的形成

从通信系统到流行病，网络是一切事物的核心，无膜细胞室也具有一种独特的网络类型。

　　

普林斯顿大学（Princeton University）化学与生物工程博士后研究员大David Sanders说：“在这项研究之前，我们知道这些富含蛋白质的腔室形成的基本物理原理——从细胞质凝结成液滴，就像草叶上的露珠。但与单一成分（水）组成的露珠不同，细胞液滴非常复杂。我们的工作揭示了令人惊讶的简单原理，我们认为这些原理对液体细胞器的组装是普遍通用的，并为研究它们在健康和疾病中的作用开辟了新的领域。”

Sanders是这篇《Cell》文章的主要作者，文章描述了液体结构（也称为冷凝液）的组装蓝图。研究人员仔细观察了两种冷凝物，应激颗粒和加工体（“P体”）。在论文中，由普林斯顿大学化学和生物工程教授Clifford Brangwynne和Howard Hughes医学院指导的研究人员将基因工程和活细胞显微镜方法结合起来，揭示了应激颗粒的组装和结构的基本规则，以及为什么不同于它们的近亲P-体。

应激颗粒的命名源于它在细胞离开舒适区时出现——例如，在受热或检测到有害化学物质后。应激颗粒和P体都与RNA的流入有关，RNA是细胞永久遗传密码（DNA）和主要工作者（蛋白质）之间的信使。尽管这些凝聚物的功能尚不清楚，但一些科学家认为两者都在监督RNA信使的细胞活动中发挥作用。无论功能如何，应激颗粒都会被病毒感染劫持，并与衰老疾病有关。因此，了解它们的组装对新疗法的发展至关重要。

在健康细胞中，核糖体细胞机器不断地沿着RNA装配线移动，将遗传信息与其环境隔离开来，并制造细胞生存所必需的蛋白质。然而，当外部压力叫停装配线时，RNA被剥去，聚集成应激颗粒和P体。Brangwynne的团队开发了一种方法来确定这种聚集是如何发生的，以及为什么某些聚集更喜欢关联，同时又不让它们的成分混合成均匀的液滴。

从哈佛大学（Harvard University）的合著者先前的研究中，研究人员知道一种名为G3BP的蛋白质是应激颗粒形成所必需的，该蛋白质在许多病毒感染中具有特异性。但是G3BP有什么特别之处呢？为了确定这一点，研究人员使用了缺乏G3BP的基因编辑细胞，它们在添加化学物质后不能形成应激颗粒。

Sanders说：“这使得我们可以逐个添加后面的组件，以查看它们形成所需的内容。第一步是把G3BP加回去，然后补回各种截短版本。”

这种方法确定了蛋白质的两个重要部分：一部分与RNA结合，另一部分与特定蛋白质结合。值得注意的是，研究人员将来自不相关蛋白质的相似部分连接在一起来反向工程这种分子的补回。研究小组表明，应激颗粒蛋白组装需要一组特定的构建基块，这些基块需要一定数量的化学连接物，这些连接物可以抓住RNA链并将它们聚集在一起。这种被称为RNA结合域的连接体存在于多种蛋白质中，但它们有不同的偏好，这些偏好决定了它们的生物学功能。

Sanders说：“重建这些颗粒非常简单。你只需要一个脚手架，只要有足够的RNA结合结构域就可以工作。”

最终，研究人员利用十几种不同的脚手架形成了相同的冷凝液。“真正重要的是是否有足够的结合域来接触RNA，然后在空间中将它们连接在一起，”Sanders说。“类似的想法被用来理解非生物材料的组装，这启发了我们从网络角度思考这个问题。”

研究人员意识到冷凝液的形成本质上是一个网络问题。当有足够的结合域来抓住RNA链时，冷凝液迅速形成。在细胞水平上，具有结合域的蛋白质的浓度决定了应激颗粒是否会在细胞的任何部位出现。

这一认识也提供了为什么应激颗粒和P体结合喜欢结合在一起的理解。这一趋势与应激颗粒和P-体的内部网络以及这些网络的交叉方式有关。

Sanders说：“碰巧G3BP具有最大的应激颗粒蛋白丰度和网络亲和力。它喜欢与其他蛋白质相互作用，而这些蛋白质同样能抓住RNA。应激颗粒和P体粘在一起的原因是它们在网络中重叠，形成了一种粘合胶。有趣的是，这两种液体有足够的网络重叠，可以粘在一起，但它们的差其实别很大，不能完全混合。如果你增加了网络重叠的程度，你可以将液滴折叠成一个单一的冷凝液。此外，如果去掉重叠的网络粘胶，它们就会分离。因此，将冷凝物描述为应激颗粒或P体实际上是一种错误的二分法。重要的是网络连接，这将由不同的细胞状态决定。”

Brangwynne分享了他对这些研究未来前景的兴奋，确定应激颗粒和P体的蓝图是否适用于核仁等其他凝聚体。“我们的小组先前已经证明核仁具有类似的结构，就像不同类型的油滴不混合，都漂浮在水溶液中。但我们不明白分子规则。利用应激颗粒系统，我们可能已经发现了一个理解这个问题的一般框架，这是令人兴奋的，可以在生物学不同领域的背景下思考，也可以在生物组织工程和治疗学等生物医学应用中加以利用。”

原文检索：Competing Protein-RNA Interaction Networks Control Multiphase Intracellular Organization

（生物通：伍松）