20日從西湖大學(xué)傳來消息，該校理學(xué)院張鑫團隊系統(tǒng)性地揭示了微觀極性對于生物凝聚體分層結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性控制作用。這項工作為理解細胞內(nèi)多層無膜細胞器的形貌和功能調(diào)控提供了全新分子機制層面的理論。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《自然·化學(xué)生物學(xué)》上。

　　2009年，科學(xué)家在線蟲細胞里首次發(fā)現(xiàn)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(lǐng)域的關(guān)注。“大多數(shù)液滴形貌的無膜細胞器僅有單一聚集體，但少數(shù)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(xué)理學(xué)院博士后葉松濤介紹。

　　受“油水分層”啟發(fā)，張鑫團隊猜想，生物聚集體的分層是由不同分層結(jié)構(gòu)微環(huán)境的極性控制的�！昂唵味�言，極性與分子電荷分布有關(guān)。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。

　　在這項研究中，張鑫實驗室開發(fā)了極性敏感型熒光分子SBD，并開創(chuàng)性地使用熒光壽命來定量表征生物聚集體內(nèi)微觀環(huán)境的參數(shù)。極性敏感熒光分子在激光激發(fā)下發(fā)光，其發(fā)光時間受環(huán)境極性大小的影響，極性越強的環(huán)境，發(fā)光時間越短。

　　張鑫團隊首先用蛋白質(zhì)液滴來模擬無膜細胞器。他們將SBD熒光分子引入蛋白質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)。他們繼續(xù)研究形成分層結(jié)構(gòu)的液滴，發(fā)現(xiàn)果然與微觀極性有關(guān)，即不同蛋白質(zhì)液滴的極性差距決定液滴是否分層，而蛋白質(zhì)液滴極性的相對大小，決定了其在分層結(jié)構(gòu)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。