pH动态调控介导鱼鳞鸟嘌呤晶体在虹彩体中的精准形成机制

本研究针对生物体内鸟嘌呤(Guanine)晶体在虹彩体(iridosomes)中形成的分子机制这一未解之谜，通过多学科交叉技术揭示了pH动态调控的核心作用。研究人员利用斑马鱼模型，结合冷冻电镜(cryo-EM)、同步辐射软X射线显微镜(cryo-SXT/XANES)和活细胞pH成像等技术，首次发现早期虹彩体通过酸性环境积累质子化鸟嘌呤前体，随pH中性化驱动晶体成核生长。该发现为生物矿物形成提供了新范式，发表于《Nature Chemical Biology》，对理解生物光学材料构建和仿生材料设计具有重要启示。

　　

在自然界中，许多生物通过体内精密的纳米结构产生绚丽色彩，其中虹彩细胞(iridophores)因其独特的鸟嘌呤(Guanine)晶体排列而成为生物光子学的典范。这类细胞广泛存在于鱼类、爬行动物和头足类动物中，通过反射特定波长的光实现伪装、求偶和视觉增强。然而，水不溶性的鸟嘌呤如何在细胞内特定区域积累并形成高度有序的晶体结构，始终是困扰科学界的难题。传统观点认为这一过程需要复杂的分子伴侣参与，但具体调控机制仍属未知。

为揭示这一生命奥秘，Zohar Eyal等研究团队在《Nature Chemical Biology》发表了突破性成果。研究以斑马鱼幼虫为模型，整合前沿成像技术与分子干预手段，首次阐明虹彩体(iridosome)内pH动态变化是驱动鸟嘌呤晶体形成的关键开关。研究证实早期虹彩体通过维持酸性环境使鸟嘌呤保持质子化可溶状态，随着细胞器成熟逐渐中性化的pH环境则触发晶体成核与生长。这一发现不仅解释了生物矿化的精巧调控机制，更为新型光学材料的仿生设计提供了分子蓝图。

关键技术方法包括：1)冷冻电子显微镜技术(cryo-EM)解析虹彩体超微结构；2)同步辐射软X射线断层扫描(cryo-SXT)结合X射线吸收近边结构谱(XANES)分析鸟嘌呤化学状态；3)荧光标记活细胞成像追踪pH动态变化；4)V-ATPase抑制剂干预实验验证pH调控机制。样本来源于转基因斑马鱼(Tg(pnp4a:PALM-mCherry))幼虫虹彩细胞，通过流式分选(FACS)富集目标细胞群。

研究结果

斑马鱼虹彩体作为晶体形成的模型系统

研究选取44小时受精后(hpf)开始出现鸟嘌呤晶体的斑马鱼幼虫为对象，其皮肤和眼睛中的虹彩细胞形成的光学结构具有典型性。