細胞里住著“液態機器人”？

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11月17日，西湖大學理學院特聘研究員張鑫團隊在《自然—化學生物學》發文，借助新型環境敏感型熒光分子，系統性地揭示了微觀極性對于生物凝聚體分層結構的關鍵性控制作用。這項工作為理解細胞內多層無膜細胞器的形貌和功能調控提供了全新分子機制層面的理論。

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模型蛋白序列、SBD結構和模型蛋白形成液滴的熒光壽命成像示意圖。課題組供圖

電影《終結者》里，液態金屬機器人T-1000沒有固定的外形，可以變成人形，也可以變成地板。即便被液氮凍裂成碎塊，還是可以重新凝聚，繼續工作。如此炸裂的能力，其實我們每個人身上都能找到影子——在細胞內部，液滴狀態的各種“部件”參與著復雜的生命活動。

只是，細胞擁有“液態部件”的超能力，是近十幾年才被科學界關注到的。對于多層無膜細胞器的科學研究主要聚焦于生命發育、免疫、疾病等重要生命過程的作用，其分層結構的形成機制這一關鍵科學問題亟待解決。

張鑫團隊把目光聚焦在無膜細胞器能“凝聚”成液滴并形成分層的“底層邏輯”——從細胞微環境的極性角度，尋找突破口。他們開發了極性敏感型熒光分子SBD，有了極性敏感熒光分子，就有了捕捉極性環境的利器。他們發現，不同蛋白質液滴的極性差距決定液滴是否分層，并且蛋白質液滴極性的相對大小，決定了其在分層結構的相對位置。這些發現為理解生物聚集體的分層機制提供了重要的物理化學依據。并且，他們在真實細胞中的實驗同樣發現，微觀極性決定了無膜細胞器的分層的相對排布。

張鑫團隊的這項研究首次揭示了極性在控制多層無膜細胞器分層現象上的決定性作用，其歸納的化學規律對于理解乃至干預體內分層無膜細胞器的調控提供了直接理論依據。無膜細胞器內獨特的微觀環境對其在生命活動中的作用有著極其重要的影響，其微環境的異常也被證實與多種神經退行性疾病和癌癥相關。因此，靶向無膜細胞器，從而調節其微環境的分子也是相關藥物研發的重要方向。

此外，張鑫團隊在本項研究中所開發的熒光壽命成像結合環境敏感型熒光探針的實驗方法，不僅可以用于無膜細胞器微環境性質的測量，也可以拓展到其他的細胞空間中，從而將微環境的定量表征拓展至更廣泛的生命科學研究中。