就像我們的戰(zhàn)斗或逃跑反應(yīng)一樣，我們的細(xì)胞也有壓力自動駕駛模式。氧氣下降，過熱或入侵毒素可以引發(fā)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng) - 一系列分子變化，這是細(xì)胞生存的最后努力。在這些生存策略中，形成“應(yīng)激顆粒” - 當(dāng)細(xì)胞受到威脅時，蛋白質(zhì)和RNA分子擠在一起形成無膜斑點(diǎn)。RNA是從DNA轉(zhuǎn)化遺傳信息以制造蛋白質(zhì)的必需生物分子。在細(xì)胞應(yīng)激過程中，大多數(shù)RNA分子停止正常的翻譯工作，并在應(yīng)力顆粒內(nèi)聚集，就好像躲藏起來一樣。

在自然細(xì)胞生物學(xué)雜志上發(fā)表的一項新實(shí)驗中，由科羅拉多州立大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系助理教授Tim Stasevich領(lǐng)導(dǎo)的生物成像專家使用定制熒光顯微鏡和一種新型抗體標(biāo)記工具觀察活細(xì)胞正在接受強(qiáng)調(diào)。憑借單分子精確度，研究人員捕獲了與應(yīng)力顆粒相互作用的單個RNA分子，揭示了RNAs如何，何時以及在何處移動 - 這一過程從始至終都沒有見過。除了其他方面，他們已經(jīng)明確地證明了在RNA進(jìn)入應(yīng)激顆粒之前RNA翻譯完全沉默。

結(jié)果來自與科羅拉多大學(xué)博爾德分校生物化學(xué)系教授Roy Parker的實(shí)驗室合作。這兩個實(shí)驗室的綜合專業(yè)知識闡明了細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的前所未有的細(xì)節(jié)，為將來研究轉(zhuǎn)化關(guān)閉的全部動力及其與許多疾病的關(guān)系鋪平了道路。

“我認(rèn)為眼見為實(shí)，這是我們在這里的貢獻(xiàn)，”Stasevich說，他是Boettcher調(diào)查員，他的實(shí)驗室之前在“ 科學(xué) ”雜志上發(fā)表了生化標(biāo)簽和成像技術(shù)。“我們使用活細(xì)胞作為試管來研究以前從未見過的動態(tài)過程。在活細(xì)胞中以單分子水平成像這些過程的能力將是更好地理解正常細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的有力工具。病變細(xì)胞。“

Parker在CU Boulder的實(shí)驗室長期以來一直對與細(xì)胞應(yīng)激相關(guān)的RNA相互作用感興趣。“我們看到Tim關(guān)于新生鏈跟蹤的科學(xué)論文，并認(rèn)為這將是回答我們實(shí)驗室試圖解決一段時間問題的完美技術(shù)，”CU博士后研究員Stephanie Moon解釋說，他是Nature Cell的共同第一作者生物學(xué)論文和前科羅拉多州立大學(xué)研究生。

帕克說，應(yīng)力顆粒形成的動力學(xué)只是在之前的研究中推斷出來的。“但如果細(xì)胞不能制造它們，它們就會死亡。所以它們必須是重要的。”

以前，像Parker和Moon這樣的科學(xué)家在細(xì)胞應(yīng)激過程中“看到”RNA的唯一方法就是通過固定細(xì)胞成像 - 相當(dāng)于拍攝快照。“我們知道RNA在應(yīng)力顆粒中，我們知道哪些RNA在那里。我們知道它們可能會受到可能導(dǎo)致疾病的突變的影響。所有這些知識都是基于靜態(tài)圖像，”Parker說。

根據(jù)帕克早期的研究，幾種突變可能導(dǎo)致這種RNA蛋白組裝不正確，這些畸變與神經(jīng)退行性疾病如肌萎縮側(cè)索硬化癥有關(guān)。通過與Stasevich的團(tuán)隊一起觀看電影，細(xì)胞壓力反應(yīng)以鮮艷的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)出來，揭示了之前隱藏的細(xì)節(jié)。研究人員表示，該論文的主要研究結(jié)果是，雖然有些RNA在顆粒表面來來往往，但有些RNA特別殘留，就像拴在糖蜜中一樣。

“通過顯示RNA進(jìn)入顆粒，被翻譯抑制，并且它們留在那里，這表明應(yīng)激顆?？赡苡兄诒３诌@些RNA不受基因表達(dá)的影響，”Moon說。Tatsuya Morisaki是Stasevich實(shí)驗室的共同第一作者和高級研究員，他領(lǐng)導(dǎo)了Moon的成像實(shí)驗并開發(fā)了翻譯跟蹤技術(shù)。Morisaki使用Parker實(shí)驗室開發(fā)的細(xì)胞系，該細(xì)胞系含有應(yīng)力顆粒的綠色熒光標(biāo)記。Stasevich實(shí)驗室的熒光標(biāo)記技術(shù)改變了細(xì)胞系，標(biāo)記為遠(yuǎn)紅色熒光標(biāo)記為RNA，紅色標(biāo)記為翻譯，允許同時看到所有三種顏色。

Stasevich稱合作是兩個實(shí)驗室的完美結(jié)合，朝著共同的目標(biāo)前進(jìn)。“我認(rèn)為我們可以真正共同努力回答以前從未回答的一些問題，”斯塔塞維奇說。

帕克同意了。

“Tim的實(shí)驗室在單分子成像方面非常出色，包括翻譯和RNA定位，而我的小組有興趣嘗試了解這些RNA蛋白質(zhì)顆粒及其形成方式，”他補(bǔ)充道。“科學(xué)應(yīng)該如何發(fā)揮作用。