Science| 如何建造一个人类?——解码人体隐藏的分子连结

文摘   2024-11-20 23:25   新加坡  

生命的拼图

    细胞是生命的基本单元。然而,在我们的一生中,绝大多数的细胞都会凋亡并被新细胞替代。那么,是什么维系了我们身体的完整性,使其在无数微观“拼图”不断更替中保持运转如常?答案或许藏在细胞之间的“语言”中——它们表面特有的蛋白质组合,像一组复杂的分子暗码,不仅维系着细胞的粘附,还传递着沟通信号。这种交互不仅是多细胞生命的基石,也为现代医学开发了无数重要的治疗手段。

    然而,要系统性地测绘这些分子连接并非易事。细胞表面蛋白处于动态变化中,每小时可能断开和形成上百种不同的连接。面对这幅“隐形蓝图”,科学家一直在努力探索。

人体“相互作用组”的挑战与突破

    本研究的作者是Jarrod Shilts,他本科毕业于范德堡大学(Vanderbilt University),随后在剑桥大学(University of Cambridge)获得博士学位。他目前领导ExpressionEdits有限公司的研究团队,致力于开发新型治疗性蛋白的生产技术。Shilts博士因这一突破性研究荣获了Science & SciLifeLab青年科学家奖,在“基因组学、蛋白质组学与系统生物学”类别中拔得头筹

      剑桥大学的Jarrod Shilts博士在他的研究中,提出了一个大胆的类比:如果人类基因组计划是为了解码生命的遗传密码,那么人体表面蛋白的“相互作用组”就是理解多细胞交互蓝图的关键。然而,细胞表面蛋白的复杂环境和短暂结合特性,使得这一领域的研究长期处于支离破碎的状态。

      Shilts博士及其团队借助十年的技术积累,开发了一项名为SAVEXIS的新方法。这一技术模拟了表面蛋白在自然状态下的交互方式,通过将一种细胞的蛋白固定成网格状,另一种细胞的蛋白携带可视标记流过,从而确定哪些蛋白相互结合。这种创新性的实验设计,不仅显著提高了检测效率,还能捕捉到极为微弱的蛋白相互作用。

免疫系统的隐藏拼图

     Shilts博士的首个研究重点放在免疫系统上。与传统解剖图中可视化的器官不同,免疫系统是一个分布于全身的动态多细胞网络。利用SAVEXIS技术,团队系统性地测绘了免疫细胞表面蛋白的相互作用网络,发现了数十种全新的分子连接。这些数据的全面性甚至使团队能够从分子第一原理出发,预测免疫细胞之间的协作行为。

     更重要的是,研究揭示了一种将公共数据转化为“解码器”的新方式:通过分析组织中细胞表达的蛋白质数据,推断出潜在的细胞交互路径。令人兴奋的是,Shilts博士还发现了免疫检查点受体VISTA的天然结合伙伴,为免疫疗法提供了新方向。

超越免疫:从疫情到未来

     这一技术的应用并不限于人体免疫系统。新冠疫情期间,Shilts博士将SAVEXIS用于研究病毒表面刺突蛋白与人类受体的结合,发现了两个此前未被认识的重要交互。这些发现不仅成为预测新冠严重程度的关键指标,还帮助优化了临床治疗方案。

       Shilts博士的研究表明,尽管人类细胞之间90%的相互作用仍未被系统测量,但随着技术的进步,我们正在逐步“听见”那些被忽视的“对话”,为多细胞行为的机制提供全新视角。

思考与展望:多细胞生命的未来之钥

       Shilts博士的研究不仅开创了探索细胞交互的新方向,还为生命科学提供了一个发人深省的哲学思考:多细胞生命的本质,或许并不在于每个独立的细胞,而在于这些细胞如何通过分子连接形成统一的整体。正如一部交响乐的美妙,不在于每一个音符,而在于它们之间的和谐。

      展望未来,这项研究为科学家提供了解锁人体“细胞之语”的工具,让我们有机会绘制那些隐藏的解剖图谱。这些分子蓝图不仅将揭示生命的深层奥秘,还可能引领新一代医学革命,从免疫疗法到精准医疗,无限可能正等待着我们去发现。

     这场关于“如何建造一个人类”的探索,才刚刚开始。

文字写作:Jarrod
责任编辑:er不er
文章编号:284
论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt9012


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