北京
半個(gè)多世紀(jì)以來，教科書和科學(xué)插圖都告訴我們同一件事：膠原蛋白是長(zhǎng)而堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)纜繩，像是支撐皮膚、骨骼、肌腱和器官?gòu)?qiáng)度的分子鋼筋。這個(gè)形象深入人心——但它捕捉到的，可能僅僅是膠原蛋白離開細(xì)胞之后的樣子，而非它在被制造時(shí)的真實(shí)狀態(tài)。
巴塞羅那基因組調(diào)控中心的研究人員利用活細(xì)胞高分辨率成像技術(shù)，首次直接觀察到了人體內(nèi)最豐富蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的自然形態(tài)。結(jié)果與經(jīng)典圖像大相徑庭：膠原蛋白不是僵硬的桿狀物，而是柔軟的、像液體一樣的小滴。相關(guān)研究已發(fā)表在《細(xì)胞生物學(xué)雜志》上。
西班牙加泰羅尼亞高等研究院研究教授、該研究的資深作者維韋克·馬爾霍特拉這樣描述觀察到的現(xiàn)象：“在細(xì)胞內(nèi)部，膠原蛋白并非人們一直假設(shè)的剛性分子。它們實(shí)際上非常柔軟，呈現(xiàn)出液態(tài)凝聚體的形態(tài)，就像油滴在水里一樣。”膠原蛋白約占人體蛋白質(zhì)總質(zhì)量的三分之一，細(xì)胞如何安全地包裝和運(yùn)輸如此巨大的結(jié)構(gòu)分子，一直是一個(gè)長(zhǎng)期懸而未決的謎題。
這種液態(tài)形態(tài)可能正是細(xì)胞保護(hù)自己免受自身結(jié)構(gòu)機(jī)制傷害的方式。在細(xì)胞外，膠原蛋白的任務(wù)是組裝成將組織緊緊連接在一起的剛性纖維。如果同樣的纖維構(gòu)建過程發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，后果將是致命的。馬爾霍特拉解釋道：“這是細(xì)胞確保膠原蛋白在細(xì)胞內(nèi)永遠(yuǎn)不會(huì)變成纖維的另一種方式。因?yàn)槿绻兂闪死w維，就會(huì)殺死細(xì)胞。”
這一發(fā)現(xiàn)還指向了一種關(guān)于細(xì)胞如何輸出膠原蛋白的新思路。幾十年來，許多蛋白質(zhì)運(yùn)輸模型都圍繞受體和囊泡展開——囊泡是那種在細(xì)胞內(nèi)運(yùn)送貨物的小型膜囊。關(guān)于這套運(yùn)輸系統(tǒng)的研究，曾獲得2013年諾貝爾獎(jiǎng)的認(rèn)可。如今，馬爾霍特拉團(tuán)隊(duì)提出了一種“液體擠壓”假說：膠原蛋白從其生產(chǎn)位點(diǎn)移動(dòng)到分泌通路的下一個(gè)區(qū)室，依靠的是一種類似于毛細(xì)作用的物理過程。如果這一假說得到證實(shí)，可能會(huì)影響科學(xué)家對(duì)傷口愈合、纖維化和癌癥的理解。
這項(xiàng)研究的核心矛盾點(diǎn)在于尺寸問題。膠原蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)被制造出來，研究聚焦于一種名為1型前膠原的前體形式，它成熟后會(huì)變成1型膠原蛋白。1型膠原蛋白是人體內(nèi)最常見的膠原蛋白類型，約占總量的90%。當(dāng)純化的膠原蛋白在顯微鏡下觀察時(shí)，它呈現(xiàn)為可長(zhǎng)達(dá)400納米的剛性長(zhǎng)桿。而通常情況下負(fù)責(zé)將蛋白質(zhì)從制造地點(diǎn)運(yùn)往細(xì)胞外部的囊泡，尺寸遠(yuǎn)小于此。
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