科学家开发了一种方法来调整细胞上的微小“天线”

约翰斯霍普金斯大学医学院和台湾国立清华大学的科学家表示，他们已经找到了一种快速操作细胞纤毛的方法，这种微小的手指状突起“感觉”并感知它们的微观环境。在小鼠细胞中进行的实验可能会促使科学家不仅要了解纳米天线的工作原理，还要了解如何修复它们。

他们的研究结果报告于4月30日在Nature Communications上发表。

除了少数例外，体内的大多数细胞都有纤毛或可以生长。微小的天线感知化学物质，如激素和生长因子，调节细胞健康和生长。纤毛还可以检测体内的机械和物理线索，例如光，重力，声音以及血液和尿液的流动。

当纤毛发生故障时，可能会发生一系列人类疾病和病症。例如，肾细胞中纤毛的问题可导致多囊肾病，这是一种无法治愈的病症，其中充满液体的囊肿干扰肾功能并且通常用透析治疗。

因为纤毛是如此之小 - 比细胞小10,000倍 - 科学家长期以来发现将它们的工具挤压到如此狭小的空间来研究它们是一项挑战。

“当我还是博士后时，邻近实验室的一位同事正在研究纤毛，我希望通过将他对纤毛生物学的知识与我在细胞工程方面的专业知识相结合，我们可以弄清楚如何在他们的小空间内操纵纤毛， “约翰霍普金斯大学医学院细胞生物学教授Takanari Inoue博士说，他是新报告的作者。

经过多年的努力，他说他们找到了一种方法来操纵纤毛内的化学信号传导途径，控制分子在微小结构的长度上向上和向下穿梭。

为此，Inoue和他在台湾的同事使用了一种称为化学诱导二聚化的工具，他们说这比通过重写纤毛的遗传密码来操纵该途径更快。该工具本质上是一个媒人 - 它有助于在活细胞内的特定部位将两种特定化学物质结合在一起。

对于这项新研究，Inoue和他的同事们在实验室培养的小鼠身上添加了一种名为FRB的蛋白质。FRB蛋白质能够在纤毛内形成一个刚性结构，称为微管，它起到铁路的作用，沿着纤毛的长度向上和向下穿梭蛋白质。

然后，他们在细胞中添加了一种叫做FKBP的分子，这种分子附着在一种酶上，该酶充当橡皮擦，用于纤毛的化学修饰，称为谷氨酰化。FKBP和酶对漂浮在细胞周围，直到科学家们添加一种名为雷帕霉素的化学物质，导致FKBP被捕获到纤毛内的FRB分子。

一旦进入纤毛，附着于FKBP分子的酶选择性地消除纤毛内的谷氨酰化修饰。它也忽略了其他信号通路。

科学家称他们的分子匹配STRIP，用于时空重写内部翻译后修饰。

由于快速去除了纤毛中的谷氨酰化，科学家发现分子向上流向纤毛，朝向尖端，更慢 - 大约每秒0.3微米 - 相比之下每秒0.4微米，使用不会死亡的酶影响谷氨酰胺化。

“我们认为我们的技术比现有的跟踪纤毛活动的方法更快，并使科学家能够更快地获取纤毛部分，并在一定时间内深入研究特定的化学修饰，”井上说。

“我们的STRIP系统提供了一种精确控制活细胞微管修饰的新策略。通过这种方法，可以了解微管如何调节细胞功能，也可能成为未来治疗人类疾病的新方法，”Yu说。 -Chun Lin，博士，台湾国立清华大学分子医学研究所助理教授。

受有缺陷的纤毛影响的其他疾病包括称为Joubert综合征的脑病，称为肾病的肾病，色素性视网膜炎和称为坐位逆的罕见病，其中身体的内部器官处于其正常位置的相反位置。

科学家还发现，当它们用谷氨酰化作用时，小鼠细胞内不位于纤毛内的微管不会受到影响。

Inoue和他的同事们还发现，与对照组相比，用STRIP处理的细胞中称为Hedgehog(与谷氨酰胺化相关)的发育途径的遗传输出减少。

井上和他的同事说，他们现在计划将STRIP应用于人体细胞，并更密切地关注纤毛中谷氨酰化的分子过程。他们也可能使用STRIP来控制纤毛内的其他化学修饰。

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