摘要：生物凝析物的形成對細(xì)胞活動的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了它們附近的范圍。
在活細(xì)胞中，對電化學(xué)環(huán)境的調(diào)節(jié)被認(rèn)為是由離子通道管理的，離子通道是位于細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)復(fù)合物，具有明確的形狀。因此，令人驚訝的是，電化學(xué)環(huán)境也是由與離子通道完全不同的物體來管理的——這些物體不受束縛地漂浮在細(xì)胞質(zhì)中，就像在一個微型熔巖燈里一樣。而且，就像熔巖燈的內(nèi)容物一樣，這些物體是可變形的斑點。
這些團(tuán)狀物，更確切地說是生物分子凝聚物，是液體狀的，自組裝的，無膜束縛的，相分離的隔間。人們已經(jīng)知道它們會產(chǎn)生局部影響。例如，生物分子凝聚物可以分離或聚集某些分子，阻礙或促進(jìn)所述分子的活性，通常是蛋白質(zhì)和核酸。此外，生物分子凝聚物可以提供一種替代能源，可能為生物化學(xué)的某些方面提供動力。
圖1 生物分子凝聚體調(diào)節(jié)細(xì)胞電化學(xué)平衡
現(xiàn)在，由于杜克大學(xué)和圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究人員的工作，我們知道生物分子凝聚物也可以產(chǎn)生非局部效應(yīng)。具體來說，當(dāng)生物分子凝聚物形成時，它們可以產(chǎn)生電位梯度，直接影響細(xì)胞質(zhì)pH和膜電位，這些特性反過來影響細(xì)胞的整體特性和結(jié)果。在杜克大學(xué)和華盛頓大學(xué)研究小組研究的細(xì)菌細(xì)胞中，這些全球特征包括對抗生素的耐藥性。
詳細(xì)的研究結(jié)果發(fā)表在《Cell》雜志上，題為“生物分子凝聚體調(diào)節(jié)細(xì)胞電化學(xué)平衡”的文章。
“由于被動的環(huán)境影響，凝結(jié)物的形成……放大了細(xì)胞-細(xì)胞電化學(xué)特性的可變性，”該文章的作者報告說。電化學(xué)平衡的調(diào)節(jié)進(jìn)一步控制了細(xì)胞與環(huán)境的相互作用，從而直接影響了細(xì)菌在抗生素脅迫下的生存。凝結(jié)物介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)電化學(xué)平衡的轉(zhuǎn)變驅(qū)動了全球基因表達(dá)譜的變化。”
“我們的研究表明，冷凝物對細(xì)胞的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了直接的物理接觸，幾乎就像它們與細(xì)胞與環(huán)境的相互作用有一種無線連接，”杜克大學(xué)的Lingchong You說，他是該研究的兩位資深作者之一。“除了展示這種連接背后的電機(jī)制外，我們還證明了凝聚物的形成可以使細(xì)胞對某些類型的抗生素更耐受，而對其他類型的抗生素更敏感。”
“這可能只是冰山一角，”該研究的另一位資深作者、杜克大學(xué)的Ashutosh Chilkoti補(bǔ)充道。“我們預(yù)計這些電位效應(yīng)會通過細(xì)胞行為以各種各樣的方式表達(dá)出來。”
冷凝物的作用有點像海綿，在形成時吸收各種蛋白質(zhì)、酶、離子和其他生物分子，同時排除其他生物分子。如果它們在胞室中捕獲了足夠多的離子，使其帶正電荷或負(fù)電荷，這種不平衡必然會反映在它們周圍的細(xì)胞環(huán)境中。
圖2 凝聚物調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)的電化學(xué)平衡
這種靜電活動為生物凝聚物的形成提供了一個手柄，從而影響細(xì)胞膜的電勢和細(xì)胞內(nèi)的電化學(xué)環(huán)境。由于這些環(huán)境因素對許多生物過程至關(guān)重要，它為這些不起眼的斑點提供了一種機(jī)制，可以直接影響細(xì)胞與周圍環(huán)境的相互作用。
該研究的主要作者、華盛頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授Yifan Dai解釋說:“即使是少量的這些凝聚物集中分布在遠(yuǎn)離細(xì)胞膜的地方，也會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從而改變這種整體特性。這篇論文表明，這些影響是無法逃避的。只要這些微小的斑點形成，許多事情都會受到影響，甚至是全球范圍內(nèi)的基因調(diào)控。當(dāng)我看到這一點時，我感到非常震驚。”
為了證明這一點，研究人員努力證明這種現(xiàn)象會影響細(xì)菌與某些抗生素相互作用的生存能力。研究人員通過以正確的方式對大腸桿菌菌落施加壓力或操縱凝聚形成蛋白質(zhì)的基因表達(dá)，使它們形成內(nèi)部凝聚體。然后，他們測試了細(xì)胞膜上產(chǎn)生的電荷，并將它們暴露在抗生素中。
結(jié)果表明，凝聚物的形成導(dǎo)致一些細(xì)胞膜帶更多的負(fù)電荷，這直接影響到細(xì)胞是否與抗生素反應(yīng)，因為它們也是帶電粒子。但研究人員表示，這只是這條研究路線的開始，因為許多生化過程都依賴于細(xì)胞膜內(nèi)的電位。
“我們的工作揭示了凝聚物在調(diào)節(jié)整體細(xì)胞生理中的作用，雖然我們還沒有對細(xì)胞如何利用這種活動來調(diào)節(jié)它們的功能有一個具體的機(jī)制理解，但它確實發(fā)生了，這是一個重大發(fā)現(xiàn)。”
參考資料
[1] Cross-disorder and disease-specific pathways in dementia revealed by single-cell genomics.
摘要：生物凝析物的形成對細(xì)胞活動的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了它們附近的范圍。
在活細(xì)胞中，對電化學(xué)環(huán)境的調(diào)節(jié)被認(rèn)為是由離子通道管理的，離子通道是位于細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)復(fù)合物，具有明確的形狀。因此，令人驚訝的是，電化學(xué)環(huán)境也是由與離子通道完全不同的物體來管理的——這些物體不受束縛地漂浮在細(xì)胞質(zhì)中，就像在一個微型熔巖燈里一樣。而且，就像熔巖燈的內(nèi)容物一樣，這些物體是可變形的斑點。
這些團(tuán)狀物，更確切地說是生物分子凝聚物，是液體狀的，自組裝的，無膜束縛的，相分離的隔間。人們已經(jīng)知道它們會產(chǎn)生局部影響。例如，生物分子凝聚物可以分離或聚集某些分子，阻礙或促進(jìn)所述分子的活性，通常是蛋白質(zhì)和核酸。此外，生物分子凝聚物可以提供一種替代能源，可能為生物化學(xué)的某些方面提供動力。
圖1 生物分子凝聚體調(diào)節(jié)細(xì)胞電化學(xué)平衡
現(xiàn)在，由于杜克大學(xué)和圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究人員的工作，我們知道生物分子凝聚物也可以產(chǎn)生非局部效應(yīng)。具體來說，當(dāng)生物分子凝聚物形成時，它們可以產(chǎn)生電位梯度，直接影響細(xì)胞質(zhì)pH和膜電位，這些特性反過來影響細(xì)胞的整體特性和結(jié)果。在杜克大學(xué)和華盛頓大學(xué)研究小組研究的細(xì)菌細(xì)胞中，這些全球特征包括對抗生素的耐藥性。
詳細(xì)的研究結(jié)果發(fā)表在《Cell》雜志上，題為“生物分子凝聚體調(diào)節(jié)細(xì)胞電化學(xué)平衡”的文章。
“由于被動的環(huán)境影響，凝結(jié)物的形成……放大了細(xì)胞-細(xì)胞電化學(xué)特性的可變性，”該文章的作者報告說。電化學(xué)平衡的調(diào)節(jié)進(jìn)一步控制了細(xì)胞與環(huán)境的相互作用，從而直接影響了細(xì)菌在抗生素脅迫下的生存。凝結(jié)物介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)電化學(xué)平衡的轉(zhuǎn)變驅(qū)動了全球基因表達(dá)譜的變化。”
“我們的研究表明，冷凝物對細(xì)胞的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了直接的物理接觸，幾乎就像它們與細(xì)胞與環(huán)境的相互作用有一種無線連接，”杜克大學(xué)的Lingchong You說，他是該研究的兩位資深作者之一。“除了展示這種連接背后的電機(jī)制外，我們還證明了凝聚物的形成可以使細(xì)胞對某些類型的抗生素更耐受，而對其他類型的抗生素更敏感。”
“這可能只是冰山一角，”該研究的另一位資深作者、杜克大學(xué)的Ashutosh Chilkoti補(bǔ)充道。“我們預(yù)計這些電位效應(yīng)會通過細(xì)胞行為以各種各樣的方式表達(dá)出來。”
冷凝物的作用有點像海綿，在形成時吸收各種蛋白質(zhì)、酶、離子和其他生物分子，同時排除其他生物分子。如果它們在胞室中捕獲了足夠多的離子，使其帶正電荷或負(fù)電荷，這種不平衡必然會反映在它們周圍的細(xì)胞環(huán)境中。
圖2 凝聚物調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)的電化學(xué)平衡
這種靜電活動為生物凝聚物的形成提供了一個手柄，從而影響細(xì)胞膜的電勢和細(xì)胞內(nèi)的電化學(xué)環(huán)境。由于這些環(huán)境因素對許多生物過程至關(guān)重要，它為這些不起眼的斑點提供了一種機(jī)制，可以直接影響細(xì)胞與周圍環(huán)境的相互作用。
該研究的主要作者、華盛頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授Yifan Dai解釋說:“即使是少量的這些凝聚物集中分布在遠(yuǎn)離細(xì)胞膜的地方，也會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從而改變這種整體特性。這篇論文表明，這些影響是無法逃避的。只要這些微小的斑點形成，許多事情都會受到影響，甚至是全球范圍內(nèi)的基因調(diào)控。當(dāng)我看到這一點時，我感到非常震驚。”
為了證明這一點，研究人員努力證明這種現(xiàn)象會影響細(xì)菌與某些抗生素相互作用的生存能力。研究人員通過以正確的方式對大腸桿菌菌落施加壓力或操縱凝聚形成蛋白質(zhì)的基因表達(dá)，使它們形成內(nèi)部凝聚體。然后，他們測試了細(xì)胞膜上產(chǎn)生的電荷，并將它們暴露在抗生素中。
結(jié)果表明，凝聚物的形成導(dǎo)致一些細(xì)胞膜帶更多的負(fù)電荷，這直接影響到細(xì)胞是否與抗生素反應(yīng)，因為它們也是帶電粒子。但研究人員表示，這只是這條研究路線的開始，因為許多生化過程都依賴于細(xì)胞膜內(nèi)的電位。
“我們的工作揭示了凝聚物在調(diào)節(jié)整體細(xì)胞生理中的作用，雖然我們還沒有對細(xì)胞如何利用這種活動來調(diào)節(jié)它們的功能有一個具體的機(jī)制理解，但它確實發(fā)生了，這是一個重大發(fā)現(xiàn)。”
參考資料
[1] Cross-disorder and disease-specific pathways in dementia revealed by single-cell genomics.
