【前沿进展】Protein & Cell张培培团队总结真核生物中应激颗粒与其他细胞器之间的相互作用以及鉴定不同无膜细胞器组分方法

学术 2024-11-11 17:08 上海

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在真核细胞中，有膜细胞器和无膜细胞器的协同作用对于维持细胞内环境的稳定和执行复杂的生物学功能至关重要。这两类细胞器各具独特的结构和功能，它们之间的相互作用对调节生理过程和病理状态下的细胞行为具有深远影响。有膜细胞器，如内质网、高尔基体、线粒体和溶酶体，通过膜结构隔离细胞内环境，创造特定的微环境，从而执行专门的生化功能。同时，无膜细胞器，如应激颗粒（stress granules，SGs）、处理小体（processing bodies， P body）和PML核小体（PML nuclear bodies），则依靠蛋白质-RNA复合物的动态组装和解散，在细胞应激反应、RNA代谢和信号传递等关键过程中发挥作用。

作为典型的无膜细胞器，应激颗粒在细胞应激条件下迅速形成，具有类似液滴的物理性质和相对稳定的内部结构。应激颗粒的异常与多种神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症和额颞叶痴呆）密切相关。近年来，研究者逐渐认识到有膜和无膜细胞器间相互作用的重要性。

近日，北京大学基础医学院助理教授张培培团队在Protein & Cell上发表了综述文章。Stress Granules and Organelles: Coordinating Cellular Responses in Health and Disease本综述总结了应激颗粒与各种细胞器之间的相互作用，并探讨了分析应激颗粒与其他无膜细胞器相互作用的方法，以帮助深入理解应激颗粒的功能及其在各种生理和病理状态中的关键作用。

首先，综述汇总了应激颗粒与多种无膜细胞器之间的相互作用。应激颗粒可以与细胞质内另一关键无膜细胞器处理小体直接形成物理接触，而这基于二者的核心组分对于共用组分的竞争以及物质交换。此外，神经元内转运小体 (Neuronal transport granule) 的组分在应激条件下也会转移到应激颗粒内。除了与细胞质内无膜细胞器的相互作用，应激颗粒与细胞核内的多种无膜细胞器之间也存在相互作用。文章中总结了应激颗粒与Paraspeckle小体，PML核小体，卡哈尔小体以及Gem小体之间的相互影响以及物质交流。综述指出，某些应激处理能够同时影响多种无膜细胞器的形成、数量及形态变化，而在多种神经退行性疾病模型中，多种无膜细胞器均受影响。因此，探讨应激颗粒的生理功能及病理作用时，需要考虑到其与其他无膜细胞器之间的相互作用。

综述还总结了应激颗粒与有膜细胞器，如溶酶体、内质网、线粒体和高尔基体之间的相互作用。例如，溶酶体能参与应激颗粒的转运，而应激颗粒有助于稳定破损溶酶体的结构。此外，还总结了应激颗粒与许多复合物如炎症小体、纤毛及细胞骨架系统的相互作用。应激颗粒中存在来自不同细胞器的成分，表明细胞应激过程中多种细胞器的功能受应激颗粒的影响，而应激颗粒自身的融合、分裂及运输也依赖于其他细胞器及复合物的参与。因此，在细胞应激及疾病发生过程中，需结合应激颗粒与其他细胞器的关系进行研究，以全面理解其功能。

由于研究应激颗粒与其他无膜细胞器之间的相互作用依赖于分析其共有组分，综述总结了无膜细胞器组分获取方法，并分析了这些方法的优缺点，包括分离纯化、邻近标记及流式细胞术依赖的荧光激活分选等。此外，建议使用串联邻近标记法 (Transit ID) 等方法动态获取穿梭于两种无膜细胞器的组分。最后，综述指出可利用siRNA筛选、CRISPR-Cas9筛选等方法进行大规模验证，以评估共有组分对无膜细胞器的影响。

图1：应激颗粒与其他细胞器以及复合物之间的相互作用

图2：鉴定不同无膜细胞器组分的方法

综上所述，全面探究应激颗粒的功能和动态性，需考虑其与不同细胞器及复合物的相互作用。通过解析应激颗粒与细胞器间的相互作用及蛋白质招募与重新定位机制，可以深入揭示应激颗粒在细胞应激响应和RNA代谢中的作用。在未来研究中，需进一步揭示应激颗粒与其他细胞器相互作用的分子机制，探讨这些相互作用在细胞应激响应和疾病发生中的角色。此外，需开发更高效、更精确的技术手段研究无膜细胞器，以全面理解应激颗粒的生物学特性及其对细胞生理学和疾病的影响。

北京大学基础医学八年制学生刘颖为本文的第一作者，北京大学基础医学院助理教授张培培为本文通讯作者，北京大学基础医学院直博生李印也为本综述做出贡献。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/procel/pwae057

来源：BioArt

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