兩篇《Cell》、兩個神器“照亮”無膜細胞組成

　　11月29日，《Cell》雜志上發表了來自普林斯頓大學不同部門的兩篇文章，他們報道了利用這種新工具所觀察到的無膜細胞器形成條件以及它們對細胞DNA的影響。

　　研究小組負責人、化學和生物工程學副教授Clifford Brangwynne說，研究中采用的雙光束系統對科學研究具有深遠影響。在發表文章中，它允許研究人員精確地探測細胞內相分離：細胞內混亂液體物質轉變為功能性細胞室（又稱無膜細胞器）的過程。

　　盡管長期被忽視，科學家們日益意識到無膜細胞器對人類健康起著關鍵作用。例如，其流體樣稠度喪失與癌癥、阿爾茲海默癥和肌萎縮性側索硬化癥（ALS）等疾病有關。

　　Brangwynne實驗室之前的研究表明，無膜細胞器對細胞生長很重要，最新兩篇《Cell》其中之一也表明，它們還會影響細胞行為。

　　“我們最近開發的控制細胞內相變的技術系統被證明是基礎研究的有力工具，并具有許多應用，特別是在人類健康方面，”兼任Howard Hughes醫學院研究所研究員的Brangwynne說。

　　在第一個項目中，研究人員開發了一款名為Corelets的工具，用來定量描述驅動細胞相分離的蛋白質濃度，蛋白質濃度有助于調節無膜細胞器的組裝，因此，由此產生的相圖（phase diagram）可以幫助研究人員調查細胞某些局部區域生成細胞器的機制，而為什么其他區域不產生細胞器。反過來，可以指出治療錯誤蛋白質組裝的某些方法。

　　Corelet系統使用基因工程感光蛋白，當暴露在光線下時，這些蛋白會變形并改變自身行為。本文研究的是人類血細胞蛋白“鐵蛋白（ferritin）”，它們聚攏成一個微小的球體。當暴露在藍光下時，其他蛋白會附著在鐵蛋白球上，通過改變某些參數，研究人員可以使用該技術觸發細胞內不同區域的相分離。

　　“利用這種光激活工具，我們在控制細胞內相變方面獲得了前所未有的洞察力，”文章一作、開發Corelets系統的博后研究員Dan Bracha說。

　　在第二篇文章中，研究人員研究了無膜細胞器的形成如何影響細胞核。他們采用了第二種名為“CasDrop”的工具，觀察染色質（核內DNA、RNA和蛋白質的混合物）。他們發現，當無膜細胞器在細胞核內形成時，竟然會以意想不到的方式使染色質變形。他們指出，這些液滴可以幫助排除不需要的基因，同時也可以幫助收集特異性靶基因。因此，微小的液滴們像小活性機器一樣起作用，輔助重構基因組。

　　CasDrop系統建立在革命性基因編輯技術CRISPR的基礎上，后者利用Cas9蛋白機器來處理基因組的特定基因。Brangwynne和同事改造了Cas9平臺，讓其在光激活時誘導其他蛋白質與基因結合，使局部生產相分離，在染色質區域形成小液滴。

　　CasDrop系統的共同建立者包括博后學者Yongdae Shin和化學博士生Yi-Che Chang。

　　諾貝爾獎得主、麻省理工學院Koch綜合癌癥研究所教授Phillip Sharp（未參與本研究）評論這些發現正在促進我們對無膜細胞器的理解。“Brangwynne等人發明了一種新方法來研究蛋白質之間相互作用如何動態地形成具有活細胞相變特性的凝析油。這兩篇論文突出了物理學與細胞生物學交界層面令人興奮的發現，這些發現將導致癌癥和阿爾茲海默癥等疾病的新療法。”