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科学家发现新物质,或指明疾病在体内的扩散机制

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在线粒体中捕获的囊泡电子显微照片。图片来源:Nick Clarke, University of Warwick

  近日,发表在Journal of Cell Biology上的研究表明,我们细胞中一种前所未知的成分,它能像骑自行车的快递员一样穿梭于繁忙的交通中运送蛋白质。这项发现或许可以解释细胞在疾病(比如癌症)中扩散的机制。

  英国华威大学的科学家们发现了这种新的囊泡,这在20年来尚属首次,它是已知最小的囊泡。

  人体内存在许多不同类型的细胞,它们各司其职。这些细胞的功能受其表面蛋白质类型的影响。蛋白质受膜运输机制的控制,一旦产生蛋白质,膜运输将蛋白质运输到细胞表面,当蛋白质不再被需要时,膜运输会将蛋白质清理并降解。囊泡是膜运输的一部分,它在细胞内完成许多不同但受到严格控制的功能,如引入物质、移动物质以及运送新物质。但是细胞内部异常繁忙和拥挤,很难运输任何东西。小囊泡更适合快速运送蛋白质,就像在繁忙的交通中自行车快递员能够轻松地穿梭于其中并快速移动一样。

  这种“细胞内的自行车信使”由华威大学医学院的科学家们发现,它被命名为细胞内纳米囊泡(INV),直径大约30纳米,在一毫米内可以排列三万多个INV。过去发现的最小的囊泡是在神经元中发现的突触囊泡,其宽度约为40纳米,但是在人体的典型细胞中,囊泡大小通常接近80纳米。

  研究通讯作者Stephen Royle教授说:“在这个领域中,我们认为我们已经确定了在细胞中发现的所有囊泡类型。但事实证明还有另外一种囊泡,而它们被遗漏的原因在于它们非常的小。”

正常条件下囊泡的超高分辨率显微图像。
图片来源: Gabrielle Larocque and Nick Carter, University of Warwick

  “这些囊泡以前从未见过,很多人关注其他囊泡。但我们知道,当蛋白质到达细胞表面时,它们不是在同一途径传递的,而是一些更小的东西。我们认为是这些INV。”

  科学家们在试图捕获活细胞内的蛋白质时,偶然发现了这些INV。通常,研究人员利用这种实验捕获目标蛋白质以及附着其上的蛋白质。当他们捕获一种名为TPD54的蛋白质时,他们发现了INV。

  由于INV体积极小,该团队不得不使用电子显微镜和华威开源显微镜,这是由华威大学制造的超高分辨率光学显微镜。即便如此,INV的体积仍处于研究人员能够将其可视化的极限。

  发现这些囊泡后,研究团队需要确定INV在细胞内是有用的。特别是INV需要运输“货物”,因为这是膜运输囊泡的主要功能。但是,INV还需要能使其移动、寻找目的地并与细胞膜融合的“机器”。

  研究人员说:“我们筛选了Rab蛋白质家族的INV,人类细胞中有超过60种Rab蛋白质。我们发现这些囊泡上有许多不同的Rab,每一个都表明捕获了囊泡,我们可以看到这些不同的Rab,并且知道它们正在往返所有这些不同的地方。”

  该团队在对TDP54蛋白质进行研究时取得了这项发现,TDP54是细胞中最丰富的蛋白质之一,但关于它的研究却不多。它是在癌症中过度表达的蛋白质家族之一。由于细胞膜中的蛋白质与细胞的迁移能力相关,因此研究团队正在研究TPD蛋白质家族是否与肿瘤扩散到新部位的过程相关。

  这一发现对生物技术产业也是有意义的。 Royle教授补充说:“这些囊泡参与蛋白质的运输,因此,如果要以工业规模生产抗体,那么这些抗体将通过这些囊泡分泌。更好地理解这个过程可以提高生产效率。”


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