記者從西湖大學獲悉，該校理學院張鑫團隊系統性地揭示了微觀極性對于生物凝聚體分層結構的關鍵性控制作用。這項工作為理解細胞內多層無膜細胞器的形貌和功能調控提供了全新分子機制層面的理論。相關研究成果日前發表在《自然-化學生物學》期刊。
2009年，科學家在線蟲細胞里首次發現了無膜的、液滴狀的生殖顆粒。從此，無膜細胞器受到生物研究領域的關注。“大多數液滴形貌的無膜細胞器僅有單一聚集體，但少數的無膜細胞器具有多層、互不融合的聚集體。”論文第一作者、西湖大學理學院博士后葉松濤介紹。
受“油水分層”啟發，張鑫團隊猜想，生物聚集體的分層，是由不同分層結構微環境的極性控制的。“簡單而言，極性與分子電荷分布有關。分子電荷分布越不均勻，極性就越大。”葉松濤舉例說，水分子就是典型的極性分子，而大部分油脂分子電荷分布相對均勻，屬于非極性分子。
體外成像實驗驗證模型蛋白分層結構和微觀極性的關系。西湖大學供圖
在這項研究中，張鑫實驗室開發了極性敏感型熒光分子SBD，并開創性地使用熒光壽命來定量表征生物聚集體內微觀環境的參數。極性敏感熒光分子在激光激發下發光，其發光時間受環境極性大小的影響，極性越強的環境，發光時間越短。
張鑫團隊首先用蛋白質液滴來模擬無膜細胞器。他們將SBD熒光分子引入蛋白質液滴中，通過熒光壽命成像的方式展示液滴的微觀極性。進入不同液滴中的熒光分子，壽命差距十分明顯，說明這些液滴具有截然不同的極性。
接下來，研究團隊將各種蛋白質液滴兩兩混合在一起。這些液滴有的完全混溶，有的則形成分層結構。他們繼續研究形成分層結構的液滴，發現果然與微觀極性有關：即不同蛋白質液滴的極性差距決定液滴是否分層，而蛋白質液滴極性的相對大小，決定了其在分層結構的相對位置。
在模型蛋白中獲得驗證后，研究團隊進一步在動物細胞中驗證了微觀極性決定了無膜細胞器分層的相對排布。
17312606166