研究不足的蛋白质团块对细胞生物化学有整体影响

历史上，大多数生物化学研究都集中于维持生命运转的机械装置。折叠蛋白、遗传活动和电信号通路是寻找导致疾病的异常现象最容易的目标。

然而，最近的研究指出，另一种细胞结构可能发挥着同样重要的作用。这些结构被称为生物凝聚物，它们的存在是因为密度的差异，就像漂浮在水中的油滴一样，它们在细胞内形成隔间，而不需要膜的物理边界。

先前的研究表明，这些团块可以分离或捕获某些蛋白质和分子，从而阻碍或促进它们的活性。他们还发现，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，这些结果主要集中在凝聚物本身附近产生的撞击。研究人员尚未发现它们可能对远离物理结构的生物化学产生何种影响。

现在，在9 月 10 日发表在《细胞》杂志上的一项新研究中，杜克大学和圣路易斯华盛顿大学的研究人员表明，生物凝聚物的形成会对其附近范围以外的细胞活动产生影响。

结果表明，它们可能是之前缺失的一种机制，细胞通过这种机制调节其内部电化学。而这些内部控制反过来又会影响细胞膜，从而使这些不起眼的斑点能够影响整体特征和结果，例如对抗生素的耐药性。

杜克大学詹姆斯·梅里亚姆杰出生物医学工程教授 Lingchong You 表示：“我们的研究表明，凝聚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互动方式建立了无线连接一样。”

“除了展示这种连接背后的电机制之外，我们还证明凝聚物的形成可以使细胞对某些类型的抗生素更具耐受性，而对其他类型的抗生素更容易受到影响。”

杜克大学生物医学工程系 Alan L. Kaganov 杰出教授 Ashutosh Chilkoti 补充道：“这可能只是冰山一角。我们预计这些电势效应会通过细胞行为以多种方式表现出来。”

凝聚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，同时排除其他分子。如果它们在隔间中捕获了足够多的离子，从而带正电或负电，那么这种不平衡必定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控制手段，从而影响细胞膜的电位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，它为这些不起眼的团块提供了一种机制，使其直接影响细胞与周围世界的互动方式。

“即使这些远离细胞膜集中分布的凝聚物中只有极少量能够引发连锁反应，从而改变这种整体特性，”戴一帆解释说。戴一帆是华盛顿大学圣路易斯分校生物分子凝聚物中心的成员和生物医学工程助理教授，曾在杜克大学担任博士后研究员，并开展了此项研究。

“这篇论文表明，这些影响是无法避免的。只要这些微小的斑点形成，许多事物都会受到影响，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。”

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时的存活能力。研究人员通过以正确的方式对大肠杆菌菌落施加压力或操纵形成凝聚物的蛋白质的基因表达，使大肠杆菌菌落形成内部凝聚物。然后，他们测试了细胞膜中产生的电荷，并将它们暴露于抗生素中。

结果表明，凝聚物的形成导致一些细胞膜带负电，这直接影响细胞是否对抗生素产生反应，因为抗生素也是带电粒子。但研究人员表示，这只是这方面的研究的开始，因为许多生化过程都依赖于细胞膜内的电位。

“我们的研究揭示了凝聚物在调节整体细胞生理学方面的作用，”尤说。“虽然我们还没有具体的机制理解细胞如何部署这种活动来调节其功能，但这种现象的发生本身就是一个重大发现。”