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生物化学家发现新的细胞器

新细胞器的大小是核糖体(ribosome)的三倍,其重要性可能与细胞的功能同样重要。

作者:Betsy Hanson
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翻开任何一本生物学教科书,你都会看到一张动物细胞的示意图,其中包含各种细胞内细胞器——例如,储存基因的细胞核,以及将遗传指令翻译成蛋白质的核糖体——都清晰地标示出来。这张图看起来很完整。但事实是,普通细胞中充满了在显微镜下只能模糊看到,甚至完全看不到,且从未被研究过的颗粒。它们看起来都像小斑点,UCLA医学院的生物化学家 Leonard Rome 说道。

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然而,Rome 发现,其中一个斑点值得拥有自己的标签。这是一个新识别的细胞器,它大量存在于大多数细胞中,大小是数十年前生物学家发现的核糖体的三倍,其对细胞功能的重要性可能与之相当。

这个新细胞器之所以从未被注意到,是因为它几乎完全由蛋白质构成,而用于在电子显微镜下显示物质的染色剂很难附着在蛋白质上。(染色剂擅长突出显示 DNA、RNA 和膜。)Rome 和他的同事 Nancy Kedersha 将这一缺陷变成了优势。他们分离出了新细胞器的一个样本——这个样本一直干扰着他们之前的另一项实验——并对其进行了负染色,即在样本上喷洒足够的染色剂,使得只有细胞器本身没有被染色。

Rome 解释说,染色剂会在细胞器周围形成水坑。你之所以能看到它,是因为它的一部分略高,并突了出来。还有一些染色剂被困在了颗粒中间的小凹槽里。在电子显微镜下,这些凹槽和突起呈现出一种稳定、规则的形状:一个八角形桶状,长约三百万分之一英寸。在桶状骨架的多重拱形结构中,Rome 和 Kedersha 看到了大教堂天花板的一些美感,于是他们给这些细胞器起了建筑学的名字:vaults(穹顶)。

在从小鼠肝细胞中发现 vaults 后,UCLA 的研究人员继续在从黏菌到人类的各种生物中发现了它们。Rome 表示:“我们发现了这种新的、外观非常复杂的颗粒,它在整个进化过程中高度保守。并且它在所有有核细胞中都大量存在。它肯定具有某种重要功能。”

八角形结构为它的功能提供了线索。细胞中还有其他东西是八角形的:核膜上的孔,分子通过这些孔在细胞核和细胞质之间传递。如果 vaults 是塞子,那么它们的尺寸和形状就正好可以堵住这些孔。事实上,在之前的细胞核显微照片中曾发现过这样的塞子,但研究人员一直未能将其分离和鉴定。

Vaults 可能是这些塞子。Rome 说,它们的作用不是封闭细胞核,而是恰恰相反。Vaults 是空心的,并且经常被分成两半。有时,两半会展开成八瓣花。Rome 认为 vaults 可能是细胞的“邮政卡车”,它们会停靠在核孔处,打开以装载在细胞核中制造的分子,然后将货物运送到细胞内的其他地方。研究人员观察到 vaults 不仅靠近细胞核,而且在细胞质中循环——这很有道理。Rome 说:“邮政卡车不会停在邮局就待在那里。它们大部分时间都在外面递送。”

Vaults 正在递送什么?最有可能的货物是信使 RNA(messenger RNA),这是一种携带特定蛋白质基因转录物的分子,它会以某种方式从细胞核运送到核糖体,由核糖体组装蛋白质。Vaults 似乎聚集在一起的一个地方是细胞正在构建肌动蛋白(actin)长纤维的地方,这些纤维构成了细胞内部骨架的一部分。Rome 推测 vaults 可能正在将肌动蛋白的“蓝图”运送到建造现场。

这种情况是推测性的。为了验证这一点,UCLA 研究小组计划通过禁用 vault 蛋白的基因来消除培养细胞中的 vaults;如果细胞随后无法制造肌动蛋白,这将有力地支持“邮政卡车”理论。但 Rome 表示:“即使我们对 vaults 的功能判断不准确,它也必然是某种令人着迷的东西。我认为它们会像它们一样美丽,一样重要。”

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