就像我們的戰(zhàn)斗或逃跑反應(yīng)一樣，我們的細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)細胞應(yīng)激反應(yīng) - 一系列分子變化，這是細胞生存的最后努力。在這些生存策略中，形成“應(yīng)激顆粒” - 當細胞受到威脅時，蛋白質(zhì)和RNA分子擠在一起形成無膜斑點。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。

在自然細胞生物學(xué)雜志上發(fā)表的一項新實驗中，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記工具觀察活細胞正在接受強調(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的實驗室合作。這兩個實驗室的綜合專業(yè)知識闡明了細胞應(yīng)激反應(yīng)的前所未有的細節(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。

“我認為眼見為實，這是我們在這里的貢獻，”Stasevich說，他是Boettcher調(diào)查員，他的實驗室之前在“ 科學(xué) ”雜志上發(fā)表了生化標簽和成像技術(shù)。“我們使用活細胞作為試管來研究以前從未見過的動態(tài)過程。在活細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胞應(yīng)激反應(yīng)的有力工具。病變細胞。“

Parker在CU Boulder的實驗室長期以來一直對與細胞應(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，并認為這將是回答我們實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)家在細胞應(yīng)激過程中“看到”RNA的唯一方法就是通過固定細胞成像 - 相當于拍攝快照。“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的團隊一起觀看電影，細胞壓力反應(yīng)以鮮艷的細節(jié)呈現(xiàn)出來，揭示了之前隱藏的細節(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進入顆粒，被翻譯抑制，并且它們留在那里，這表明應(yīng)激顆粒可能有助于保持這些RNA不受基因表達的影響，”Moon說。Tatsuya Morisaki是Stasevich實驗室的共同第一作者和高級研究員，他領(lǐng)導(dǎo)了Moon的成像實驗并開發(fā)了翻譯跟蹤技術(shù)。Morisaki使用Parker實驗室開發(fā)的細胞系，該細胞系含有應(yīng)力顆粒的綠色熒光標記。Stasevich實驗室的熒光標記技術(shù)改變了細胞系，標記為遠紅色熒光標記為RNA，紅色標記為翻譯，允許同時看到所有三種顏色。

Stasevich稱合作是兩個實驗室的完美結(jié)合，朝著共同的目標前進。“我認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，”他補充道。“科學(xué)應(yīng)該如何發(fā)揮作用。