纽约州水牛城—一项新的研究可能有助于解释人类细胞内部的一种有趣现象：无壁液体细胞器如何能够作为独立实体共存，而不仅仅是合并在一起。

这些称为无膜细胞器(MLO)的结构是由蛋白质和RNA制成的液滴，每个液滴都包含两种物质。细胞器在组织细胞内部内容中起关键作用，并可以充当生化活性的中心，募集进行基本细胞反应所需的分子。

但是，不同的液滴如何彼此分开仍然是一个谜。为什么它们不总是结合形成更大的液滴?

布法罗艺术与科学学院大学物理助理教授普里亚·班纳吉(Priya Banerjee)博士说：“这些细胞器没有任何膜，因此，通常的直觉会告诉你它们可以自由混合。”

Banerjee是这项新研究的首席研究员，该研究探究了为什么不会发生这种情况。

该研究的合著者包括第一作者和物理学博士生易卜拉欣·阿尔谢内达(Ibraheem Alshareedah);物理学博士生Taranpreet Kaur;本科生Jason Ngo;物理和数学本科生Hannah Seppala;生物医学工程专业本科生Liz-Audrey Djomnang Kounatse;以及物理学博士后研究员Wei Wei和Mahdi Moosa。全部来自UB。

如果液滴呈凝胶状，则不会轻易混合

该结果于8月22日发表在《美国化学学会杂志》上，指出液滴中蛋白质和RNA分子的化学结构是阻止MLO混合的一个关键因素。

研究小组发现，某些类型的RNA和蛋白质比其他类型的“粘性”强，使它们能够形成凝胶状的小滴，这些小滴不易与处于粘弹性状态的其他小滴融合。具体来说，当液滴中含有富含嘌呤的构件中的RNA分子和富含精氨酸的氨基酸的蛋白质时，它们更有可能呈凝胶状。

实验没有在细胞中进行。取而代之的是，这些发现是基于对模型系统进行的测试，该系统由RNA和漂浮在缓冲液中的肉瘤融合蛋白(FUS)组成。

FUS引起研究人员兴趣的原因之一是其与神经退行性疾病肌萎缩性侧索硬化症(ALS)的潜在联系。正如Banerjee所解释的，富含精氨酸的蛋白质分子与该疾病的一种流行形式有关，即c9orf72介导的ALS。

“我们的发现表明，富含精氨酸的蛋白质在确定无膜细胞器的物质状态(液体还是凝胶)方面具有特殊作用，” Banerjee说。“这项研究对于理解ALS连接的富含精氨酸的蛋白质如何改变富含RNA的MLO的粘弹性状态可能很重要。”

除了深入了解MLO为什么抗混合(由于增强的粘弹性)外，该研究还探讨了RNA在含有FUS的液体细胞器的形成和溶解中的作用。研究发现，对于所研究液滴的类型，向含有蛋白质的溶液中添加低浓度的RNA会导致液滴的形成。但是随着添加更多的RNA，液滴便溶解了。

Banerjee说：“这些液滴通常存在一个很小的窗口，但是对于富含精氨酸的蛋白质来说，该窗口要宽得多。”

液体细胞器的复杂生活

这份新论文是Banerjee小组进行的一系列研究中的最新论文，旨在探索管理MLO创建，维护和解散的力量。

他说，尽管研究小组使用模型系统来检查液滴的各个特性，但很可能许多力在一个细胞中共同作用来确定细胞器的行为和功能。例如，可能存在多种其他机制，这些机制导致MLO呈凝胶状或拒绝混合。

“细胞非常复杂，许多不同的分子经历不同的过程，这些过程同时聚集在一起，从而影响MLO内部的活动，” Banerjee说。“通过使用模型系统，我们能够更好地理解一个特定的变量如何影响这些细胞器的形成和溶解。我们确实希望看到同样的作用力在自然界的细胞内部发挥作用。