約翰斯霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院和臺灣國立清華大學(xué)的科學(xué)家表示，他們已經(jīng)找到了一種快速操作細(xì)胞纖毛的方法，這種微小的手指狀突起“感覺”并感知它們的微觀環(huán)境。在小鼠細(xì)胞中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)可能會促使科學(xué)家不僅要了解納米天線的工作原理，還要了解如何修復(fù)它們。

他們的研究結(jié)果報(bào)告于4月30日在Nature Communications上發(fā)表。

除了少數(shù)例外，體內(nèi)的大多數(shù)細(xì)胞都有纖毛或可以生長。微小的天線感知化學(xué)物質(zhì)，如激素和生長因子，調(diào)節(jié)細(xì)胞健康和生長。纖毛還可以檢測體內(nèi)的機(jī)械和物理線索，例如光，重力，聲音以及血液和尿液的流動。

當(dāng)纖毛發(fā)生故障時(shí)，可能會發(fā)生一系列人類疾病和病癥。例如，腎細(xì)胞中纖毛的問題可導(dǎo)致多囊腎病，這是一種無法治愈的病癥，其中充滿液體的囊腫干擾腎功能并且通常用透析治療。

因?yàn)槔w毛是如此之小 - 比細(xì)胞小10,000倍 - 科學(xué)家長期以來發(fā)現(xiàn)將它們的工具擠壓到如此狹小的空間來研究它們是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

“當(dāng)我還是博士后時(shí)，鄰近實(shí)驗(yàn)室的一位同事正在研究纖毛，我希望通過將他對纖毛生物學(xué)的知識與我在細(xì)胞工程方面的專業(yè)知識相結(jié)合，我們可以弄清楚如何在他們的小空間內(nèi)操縱纖毛， “約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)教授Takanari Inoue博士說，他是新報(bào)告的作者。

經(jīng)過多年的努力，他說他們找到了一種方法來操縱纖毛內(nèi)的化學(xué)信號傳導(dǎo)途徑，控制分子在微小結(jié)構(gòu)的長度上向上和向下穿梭。

為此，Inoue和他在臺灣的同事使用了一種稱為化學(xué)誘導(dǎo)二聚化的工具，他們說這比通過重寫纖毛的遺傳密碼來操縱該途徑更快。該工具本質(zhì)上是一個(gè)媒人 - 它有助于在活細(xì)胞內(nèi)的特定部位將兩種特定化學(xué)物質(zhì)結(jié)合在一起。

對于這項(xiàng)新研究，Inoue和他的同事們在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的小鼠身上添加了一種名為FRB的蛋白質(zhì)。FRB蛋白質(zhì)能夠在纖毛內(nèi)形成一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)，稱為微管，它起到鐵路的作用，沿著纖毛的長度向上和向下穿梭蛋白質(zhì)。

然后，他們在細(xì)胞中添加了一種叫做FKBP的分子，這種分子附著在一種酶上，該酶充當(dāng)橡皮擦，用于纖毛的化學(xué)修飾，稱為谷氨?；?。FKBP和酶對漂浮在細(xì)胞周圍，直到科學(xué)家們添加一種名為雷帕霉素的化學(xué)物質(zhì)，導(dǎo)致FKBP被捕獲到纖毛內(nèi)的FRB分子。

一旦進(jìn)入纖毛，附著于FKBP分子的酶選擇性地消除纖毛內(nèi)的谷氨酰化修飾。它也忽略了其他信號通路。

科學(xué)家稱他們的分子匹配STRIP，用于時(shí)空重寫內(nèi)部翻譯后修飾。

由于快速去除了纖毛中的谷氨?；?，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)分子向上流向纖毛，朝向尖端，更慢 - 大約每秒0.3微米 - 相比之下每秒0.4微米，使用不會死亡的酶影響谷氨酰胺化。

“我們認(rèn)為我們的技術(shù)比現(xiàn)有的跟蹤纖毛活動的方法更快，并使科學(xué)家能夠更快地獲取纖毛部分，并在一定時(shí)間內(nèi)深入研究特定的化學(xué)修飾，”井上說。

“我們的STRIP系統(tǒng)提供了一種精確控制活細(xì)胞微管修飾的新策略。通過這種方法，可以了解微管如何調(diào)節(jié)細(xì)胞功能，也可能成為未來治療人類疾病的新方法，”Yu說。 -Chun Lin，博士，臺灣國立清華大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所助理教授。

受有缺陷的纖毛影響的其他疾病包括稱為Joubert綜合征的腦病，稱為腎病的腎病，色素性視網(wǎng)膜炎和稱為坐位逆的罕見病，其中身體的內(nèi)部器官處于其正常位置的相反位置。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)它們用谷氨?；饔脮r(shí)，小鼠細(xì)胞內(nèi)不位于纖毛內(nèi)的微管不會受到影響。

Inoue和他的同事們還發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，用STRIP處理的細(xì)胞中稱為Hedgehog(與谷氨酰胺化相關(guān))的發(fā)育途徑的遺傳輸出減少。

井上和他的同事說，他們現(xiàn)在計(jì)劃將STRIP應(yīng)用于人體細(xì)胞，并更密切地關(guān)注纖毛中谷氨?；姆肿舆^程。他們也可能使用STRIP來控制纖毛內(nèi)的其他化學(xué)修飾。