分子形成凝胶，以帮助细胞感觉和应对压力

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根据芝加哥大学的科学家的一项新研究，细胞内的特定蛋白质感受到其环境的威胁性变化，如热或饥饿，并引发适应性反应，以帮助细胞在压力条件下继续发挥功能。

当细胞经历压力，如热或饥饿时，细胞内的蛋白质组和RNA分子组成团块。长期以来，这些团块被认为是细胞损伤的征兆，需要丢弃的一堆熔化的功能失调的分子。这与许多人类神经疾病如阿尔茨海默病，帕金森氏症和肌萎缩性侧索硬化（ALS）的观察结果相符，蛋白质聚集在垂死的神经细胞中。

在2017 年 3月9日发表的“Cell，D。Allan Drummond博士及其同事”杂志上发表的新研究中，发现称为poly（A） - 结合蛋白（Pab1）的分子响应于发芽酵母中的压力条件而形成团块并且当仅在测试管中分离蛋白质时。什么看起来像凝块，而是水凝胶般的果冻或牙膏 - 在显微镜下显示为圆形液滴。最重要的是，当研究人员干扰活细胞中这种应激相关水凝胶的形成时，这些细胞不能应付压力。换句话说，水凝胶形成不是损伤，而是适应性反应。

Drummond说：“这似乎是一个有组织的应急程序，如人们摆脱正常工作并在特定地点大量集体收集的火警，”Drummond说。美国芝加哥生物化学与分子生物学系和人类遗传学系。“当这些分子聚集成大团体形成凝胶时，他们不仅仅是为了保护，而且要做关键的工作，比如叫消防员和护理人员。”

这项研究是德拉蒙德与生物化学和分子生物学系主任托宾·索斯尼克（Dr. Tobin Sosnick）博士进行了为期五年的合作的结果，由两位研究生，生物物理学家Joshua Riback和生物化学家Chris Katanski主持。

蜂窝油和醋

近年来，大量研究集中在蛋白质液体和水凝胶的形成，作为细胞组织和改造自身的一种方式。在一个过程中称为“相分离”，两种混合液体分开，如油和醋在沙拉酱中。为了使相分离发生，以前的研究通常使用极端的试管条件（高浓度的蛋白质或添加剂）。新的UChicago研究表明，如果面临伴随细胞应激的温度或pH变化，Pab1的正常水平可以相分离。

荧光标记的Pab1蛋白在水凝胶液滴中
“令人惊讶的是，我们实际上并不知道这些细胞是如何感觉到它变得更热，”Drummond说。动物使用温度感知神经通道，但酵母细胞缺乏这些通道。“这个相分离过程的温度敏感性比任何其他分子温度感测系统都要大得多，”Drummond说。“我们怀疑这种细胞感应热等环境变化的分子机制将会很普遍。”

Drummond及其同事正在继续研究这一相分离过程如何帮助细胞在压力下生存。在本文中，研究人员建议，这可能是因为当Pab1在应激反应期间释放特定的信使RNA时，这会引发这些mRNA的翻译，以编码新的，应激反应蛋白，帮助细胞生长。

研究人员还在研究Pab1的水凝胶液滴如何分散回各自的分子。了解相分离的逆转可以提供过程如何失误的线索。例如，在神经变性疾病如阿尔茨海默病或ALS中，神经细胞中蛋白质团块的存在可能是相分离过程作为对应激的保护性反应开始的迹象，但是出现了错误并阻止细胞恢复正常状态。

“这是这些团块的第一个例子是有用的，”Drummond说。“这些研究得出了更广泛的问题，即细胞如何使用大量分子的可逆形成来执行重要功能，以及这些良好的结块过程如何进行，从而导致结块发生的疾病。