Cell：研究不足的蛋白质团对细胞生物化学具有全局影响

从历史上看，大多数生物化学研究都集中在维持生命运转的机器的明显齿轮上。折叠蛋白、遗传活动和电信号通路是发现导致疾病的不规则性的最容易的目标。

然而，最近的研究指出，一种不同类型的细胞结构可能起着同样重要的作用。这些结构被称为生物凝聚体，它们的存在是因为密度的不同，就像浮在水中的油滴一样，它们在细胞内部形成隔室，而不需要膜的物理边界。

先前的研究表明，这些斑点可以将某些蛋白质和分子分离或聚集在一起，阻碍或促进它们的活性。他们还透露，这些结构提供了一种替代能源，可能为生物化学的某些方面提供动力。

然而，这些结果集中在凝析油本身附近产生的影响上。研究人员还没有确定它们在物理结构之外可能影响生物化学的方式。

现在，在9月10日发表在《细胞》(Cell)杂志上的一项新研究中，来自杜克大学(Duke University)和圣路易斯华盛顿大学(Washington University in St. Louis)的研究人员表明，生物凝析物的形成对细胞活动的影响远远超出了它们附近的范围。结果表明，它们可能是以前缺失的细胞调节其内部电化学的机制。这些内部控制，反过来，影响细胞膜，这使得这些不起眼的斑点影响全局特征和结果，比如对抗生素的耐药性。

杜克大学James L. Meriam生物医学工程特聘教授Lingchong You说:“我们的研究表明，凝结物对细胞的影响远远超出了直接的物理接触，几乎就像它们与细胞与环境的相互作用有一种无线连接。除了展示这种连接背后的电机制外，我们还证明了凝聚物的形成可以使细胞对某些类型的抗生素更耐受，而对其他类型的抗生素更敏感。”

“这可能只是冰山一角，”杜克大学Alan L. Kaganov杰出生物医学工程教授Ashutosh Chilkoti补充道。“我们预计这些电位效应会通过细胞行为以各种各样的方式表达出来。”

冷凝物的作用有点像海绵，在形成时吸收各种蛋白质、酶、离子和其他生物分子，同时排除其他生物分子。如果它们在胞室中捕获了足够多的离子，使其带正电荷或负电荷，这种不平衡必然会反映在它们周围的细胞环境中。

这种静电活动为生物凝聚物的形成提供了一个手柄，从而影响细胞膜的电势和细胞内的电化学环境。由于这些环境因素对许多生物过程至关重要，它为这些不起眼的斑点提供了一种机制，可以直接影响细胞与周围环境的相互作用。

生物医学工程助理教授、圣路易斯华盛顿大学生物分子凝聚中心成员Yifan Dai解释说:“即使是少量的这些凝聚体集中分布在远离细胞膜的地方，也会产生连锁反应，从而改变这种整体特性。这篇论文表明，这些影响是无法逃避的。只要这些微小的斑点形成，许多事情都会受到影响，甚至是全球范围内的基因调控。当我看到这一点时，我感到非常震惊。”Yifan Dai是杜克大学的博士后研究员，他在杜克大学进行了这项研究。

为了证明这一点，研究人员努力证明这种现象会影响细菌与某些抗生素相互作用的生存能力。研究人员通过对大肠杆菌菌落施加恰到好处的压力，或者通过操纵凝结物形成蛋白的基因表达，使它们形成内部凝结物。然后，他们测试了细胞膜上产生的电荷，并将它们暴露在抗生素中。

结果表明，凝聚物的形成导致一些细胞膜带更多的负电荷，这直接影响到细胞是否与抗生素反应，因为它们也是带电粒子。但研究人员表示，这只是这条研究路线的开始，因为许多生化过程都依赖于细胞膜内的电位。

“我们的工作揭示了凝聚物在调节整体细胞生理中的作用，虽然我们还没有对细胞如何利用这种活动来调节它们的功能有一个具体的机制理解，但它确实发生了，这是一个重大发现。”