Nature：细胞是如何利用凝结来密封组织的

我们的身体和器官受到皮肤等组织屏障的保护，不受外部环境的影响。这些屏障必须严密密封，以防止有害物质进入。这种密封是通过称为紧密连接的结构实现的。然而，这些紧密连接是如何形成的一直是个谜。现在，由德累斯顿工业大学生物技术中心(BIOTEC)的Alf Honigmann教授领导的一个跨学科研究小组发现，负责这些密封的蛋白质在细胞表面形成一种液体状物质，就像冷水凝结在冷窗上的水一样。他们的研究结果发表在Nature杂志上．

我们的皮肤是抵御外界的保护罩，就像一堵精心建造的砖墙，必须密封得严严实实，以防出现裂缝。同样，我们的肺或肠等器官也必须密封，以确保内容物不会溢出到身体的其他部位。我们器官的最外层通过细胞之间称为紧密连接的特殊密封来实现这一点。

紧密连接很像地板或墙砖之间的连接。它们是环绕每个细胞顶部的带子，并与相邻的细胞相连，在细胞之间形成紧密的密封。

“与砖墙中瓷砖或砂浆之间的接缝不同，紧密连接是动态的。我们的皮肤或器官是柔软的，细胞不断地改变它们的形状。紧密连接必须能够适应细胞形状的变化，并且仍然能够密封间隙，紧密的连接如何能够在细胞周围形成如此坚固而灵活的材料是一个有趣的科学问题。”生物物理学主席和BIOTEC研究小组组长Honigmann教授解释说。

表面上的凝结

为了了解这些密封是如何形成的，Honigmann教授的团队使用了先进的生物物理方法来实时观察这一过程。他们发明了一种方法，可以用化学方法随意打开和关闭紧密连接的形成。他们还利用基因工程技术用荧光标记标记密封蛋白。总之，这使他们能够使用高分辨率显微镜实时观察紧密连接的形成。

该小组与德累斯顿马克斯普朗克复杂系统物理研究所(MPI-PKS)的理论物理学家Frank jlicher领导的理论物理学家合作，能够证明紧密结的自组装是由一种称为表面润湿的物理现象驱动的。

“令人着迷的是，这些紧密连接蛋白的行为方式与水非常相似。把我们的观察结果和理论物理模型结合起来，我们得出了液体在表面凝结的本质物理过程。”

紧密连接蛋白结合在细胞膜表面细胞相互接触的界面上。当结合在那里的蛋白质数量达到一定的阈值时，蛋白质就会凝结成一种液体，逐渐生长成细胞表面的一种液滴。最终，这些液滴拉长并相互接触，在细胞周围形成一条均匀的带。通过这种方式，紧密连接密封了细胞之间的空间，使我们的皮肤和器官密封。

“也许每个人都在冬天看到过。小水滴出现在冰冷的窗户上。正是如此，但在分子尺度上，”Pombo-Garcia博士补充道。

由蛋白质构成的液体

早在2017年，Honigmann团队就开始怀疑紧密连接蛋白的行为可能像液体一样。Honigmann教授说:“我们花了很多精力来研究如何测量和观察这些类似液体的特性。幸运的是，我们在正确的时间出现在正确的地点。”

导致这一发现的早期工作是在德累斯顿的马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所(MPI-CBG)进行的。MPI-CBG的研究人员是凝聚态生物学的先驱，凝聚态生物学是新发现的生物学分支，专注于蛋白质形成具有液体性质的大型组装体。

“凝析生物学是一个很有前途的领域，因为它弥合了尺度之间的差距。生物学中的一个普遍问题是了解细胞器等结构是如何从细胞质中无数的分子相互作用中形成的。我们现在知道，某些生物分子可以自组织成液体和凝胶等材料。这使我们能够适应众所周知的物理概念，如冷凝和其他相变来描述生物学中的结构形成，”Honigmann教授总结道。