巧妙的胶水保持细胞的运动部件连接

来自Paul Scherrer研究所PSI和苏黎世联邦理工学院的研究人员发现了细胞中的蛋白质如何形成微小的液滴，充当智能分子胶。他们发现的胶水粘附在称为微管的细丝末端，确保细胞核正确定位以进行细胞分裂。

联轴器对于带有运动部件的机器至关重要。刚性或柔性，无论是电机中的轴还是我们身体中的关节之间的连接，材料特性都确保机械力根据需要传递。没有哪个地方比细胞更优化，在细胞中，移动的亚细胞结构之间的相互作用支撑着许多生物过程。然而，大自然如何使这种耦合长期以来一直困扰着科学家们。

现在，研究人员正在研究对酵母细胞分裂至关重要的偶联，已经发现，要做到这一点，蛋白质会合作，使它们凝结成液滴。

通过形成液滴，蛋白质达到完美的材料特性，以确保生物功能。这一发现只是对智能液体在细胞中所起的作用有新认识的开始，苏黎世联邦理工学院生物化学教授Yves Barral认为，他的研究小组研究了酵母中细胞分裂的过程。

“我们发现，由生物分子组成的液体可以非常复杂，并且显示出比我们从宏观角度习惯的更广泛的性质。在这方面，我认为我们会发现这些液体具有令人印象深刻的特性，这些特性是经过100多年数百万年的进化选择的。

微管：细胞的牵引绳

该研究的重点是发生在微管末端的偶联 - 纵横交错的细胞质的细丝。这些由构建块微管蛋白形成的空心管充当牵引绳，在细胞中运输各种货物。

微管在细胞分裂过程中接收其最关键的货物之一。在酵母中，它们的重要工作是在母细胞和出芽的子细胞之间拖动包含分裂染色体的细胞核。

为此，微管必须通过运动蛋白连接到锚定在新兴子细胞细胞膜中的肌动蛋白电缆。然后，运动蛋白沿着肌动蛋白电缆行走，将微管拉入子细胞，直到其宝贵的遗传物质货物到达两个细胞之间的预期目的地(见视频)。

这种偶联 - 对于细胞分裂进行至关重要 - 必须承受运动蛋白行走时的张力，并使细胞核能够微妙地操纵。Michel Steinmetz在PSI的研究小组是微管结构生物学方面的专家，他解释说：“在微管和运动蛋白之间，需要有胶水。没有它，如果微管分离，你最终会得到一个没有遗传物质的子细胞，这些遗传物质将无法存活。

大自然的弹性联轴器

在酵母中，形成所谓Kar9网络核心的三种蛋白质装饰微管尖端以实现这种偶联。它们如何获得必要的材料特性与传统的蛋白质相互作用相矛盾。

长期以来一直困扰科学家的一个问题是，即使添加或去除微管蛋白亚基，三种核心Kar9网络蛋白如何保持附着在微管尖端：相当于牵引绳末端的钩子留在原位，而相邻的绳索部分入或剪掉。

在这里，他们的发现提供了一个答案：就像一滴液体胶水会粘在铅笔的末端一样，这种蛋白质“液体”即使在生长或收缩时也可以粘附在微管的末端。

研究人员发现，三种核心Kar9网络蛋白通过弱相互作用网络协作，以实现这种液体特性。当蛋白质在几个不同的点相互作用时，如果一个相互作用失败，其他相互作用仍然存在，“胶水”在很大程度上仍然存在。研究人员认为，这赋予了微管即使在张力下也能保持附着在运动蛋白上所需的灵活性。

为了做出他们的发现，研究人员有条不紊地探测了Kar9网络的三种蛋白质成分之间的相互作用。基于在瑞士光源SLS之前的研究中获得的结构知识，他们可以突变蛋白质以选择性地去除相互作用位点，并观察体内和体外的效果。

在溶液中，三种蛋白质聚集在一起形成不同的液滴，就像水中的油一样。为了证明这发生在酵母细胞中，研究人员研究了突变对细胞分裂的影响以及蛋白质追踪收缩微管末端的能力。

“证明蛋白质在体外相互作用形成液体冷凝物是相当简单的。但提供令人信服的证据证明这就是体内发生的事情是一个巨大的挑战，这花了我们几年时间，“Steinmetz解释说，他首先提出了用于微管尖端结合蛋白的”液体蛋白质胶“的想法与荷兰的一位同事一起在2015年的一篇评论出版物中。

不是您的沼泽标准多用途胶水

巴拉尔对胶水的复杂程度感到震惊。“它不仅仅是一种胶水，而是一种智能胶水，它能够整合空间信息，只在正确的地方形成。在细胞质中相同微管的复杂缠结中，只有一个微管接收液滴，使其能够附着在肌动蛋白电缆上并将遗传信息拉到位。

“大自然如何设法在一个微管的末端组装一个复杂的结构，而不是其他微管，这是令人难以置信的，”他强调说。

研究人员认为，蛋白质的液体特性在实现这种特异性方面起着重要作用。就像油醋汁中的小油滴融合在一起一样，他们假设小液滴最初在许多微管上形成，随后以某种方式汇聚在单个微管上形成一个较大的液滴。

具体如何实现这一点仍然是一个谜，也是斯坦梅茨和巴拉尔团队调查的主题。