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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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Cell解決數(shù)十年細(xì)胞生物學(xué)謎題
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Scripps研究所（TSRI）的科學(xué)家們經(jīng)過深入研究，闡明了細(xì)胞減壓閥的組成和工作機(jī)制。這項(xiàng)研究發(fā)表在一月二十八日的Cell雜志上，解決了一個(gè)由來已久的細(xì)胞生物學(xué)謎題。 早在幾十年前人們就發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜上存在某種離子通道，防止細(xì)胞攝入太多水而過度膨脹。這種減壓閥被命名為VRAC（體積調(diào)控的陰離子通道）。當(dāng)細(xì)胞膨脹時(shí)VRAC就會(huì)開啟，允許氯離子和其他一些帶負(fù)電的分子流出。這時(shí)水分子也會(huì)跟著流出，最終減輕細(xì)胞的膨脹。后來，人們逐漸意識(shí)到VRAC對(duì)人體健康也很重要。有研究表明，VRAC與中風(fēng)誘導(dǎo)的腦損傷、糖尿病、免疫缺陷甚至癌癥抗性有關(guān)。 研究顯示，VRAC是一個(gè)由五種蛋白亞基組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，亞基組合決定了VRAC的減壓性能。研究人員還發(fā)現(xiàn)，激活VRAC的并不是細(xì)胞本身的物理膨脹，而是水流入細(xì)胞導(dǎo)致的低離子濃度。 “了解VRAC怎樣組裝和工作是很重要的，它不僅肩負(fù)著細(xì)胞的基礎(chǔ)調(diào)控 ，還和一系列疾病有關(guān)，”TSRI的Ardem Patapoutian教授說。 2014年4月Patapoutian教授曾在Cell雜志上發(fā)表文章指出，蛋白LRRC8A (SWELL1)是VRAC不可或缺的一個(gè)基礎(chǔ)亞基。不過，VRAC明顯還具有其他蛋白亞基。在這項(xiàng)新研究中，Patapoutian及其同事對(duì)VRAC的組裝和作用機(jī)制有了更全面的理解。他們發(fā)現(xiàn)，VRAC實(shí)際上是一個(gè)離子通道家族，每個(gè)通道大約包含五個(gè)蛋白亞基。LRRC8A是VRAC必不可少的亞基，但其他亞基的組合是可變的（LRRC8B、LRRC8C、LRRC8D和LRRC8E）。VRAC通道的亞基組成決定了它的工作屬性。 “我們推測，不同細(xì)胞類型需要不同的VRAC，以便適應(yīng)自己的環(huán)境，”文章第一作者Zhaozhu Qiu博士說�！斑@些發(fā)現(xiàn)也說明，VRAC組成的微小變化會(huì)對(duì)它的功能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，很可能因此引發(fā)疾病，”Patapoutian說。 VRAC究竟如何感知細(xì)胞膨脹呢？這個(gè)問題一直讓科學(xué)家們頭疼不已。因?yàn)楹茈y想象細(xì)胞怎樣直接測定自己體積的增加。這項(xiàng)研究表明，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)溶解離子的濃度低于正常水平時(shí)VRAC就會(huì)激活。“水涌入細(xì)胞并導(dǎo)致細(xì)胞膨脹的時(shí)候，局部離子強(qiáng)度降低是不可避免的，”Syeda說。 離子通道是細(xì)胞上非常關(guān)鍵的門戶，影響著許多重要的生命過程，與多種人類疾病有關(guān)。正因如此，離子通道一直是科學(xué)研究和藥物研發(fā)的熱點(diǎn)。2014年12月，清華大學(xué)和MRC分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)在Nature雜志上發(fā)表文章，通過單顆粒低溫電鏡技術(shù)揭示了鈣離子通道RyR1與其調(diào)節(jié)子FKBP12結(jié)合時(shí)的高分辨率分子結(jié)構(gòu)。Ryanodine受體（RyR）是已知最大的離子通道，在肌肉的興奮-收縮偶聯(lián)中起到了關(guān)鍵性的作用。哺乳動(dòng)物共有三種RyR（RyR1、RyR2和RyR3），RyR1和RyR2主要在骨骼肌和心肌表達(dá)，而RyR3是在大腦中發(fā)現(xiàn)的。（更多詳細(xì)信息參見：顏寧、施一公教授Nature再發(fā)重量級(jí)成果） 2015年9月，Cell雜志發(fā)表的一項(xiàng)研究闡明了一種機(jī)械感知離子通道的作用機(jī)制。雖然此前人們已經(jīng)鑒定了不少機(jī)械感知離子通道，但還不清楚機(jī)械力轉(zhuǎn)換為信號(hào)的具體機(jī)制。 研究人員發(fā)現(xiàn)，果蠅NompC離子通道利用了自己的N端尾巴，將其作為細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架（微管）之間的系繩，由此感知機(jī)械刺激。這篇文章的通訊作者是著名華裔科學(xué)家伉儷詹裕農(nóng)和葉公杼。1996年詹裕農(nóng)和葉公杼同時(shí)當(dāng)選為美國科學(xué)院院士，離子通道是他們的一個(gè)主要研究方向。從他們實(shí)驗(yàn)室中走出了多位華人科學(xué)家，其中包括獲得Science雜志“青年科學(xué)家獎(jiǎng)”的時(shí)松海，哥倫比亞大學(xué)楊建，麻省理工學(xué)院的沈華智和北京大學(xué)饒毅等等。（更多詳細(xì)信息參見：著名華人院士伉儷Cell新文章解析離子通道） 2015年12月，清華大學(xué)顏寧教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)分離出了來自兔骨骼肌的Cav通道（Cav1.1），并通過單顆粒冷凍電鏡技術(shù)確定了它的結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)到4.2Å。這項(xiàng)研究可以幫助人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)Cav通道的功能和相關(guān)疾病的機(jī)制。2007年，身為普林斯頓大學(xué)博士的顏寧受聘于清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院，成為清華最年輕的教授、博士生導(dǎo)師。在回國的幾年間，顏寧教授研究組在Science、Nature、Cell等雜志上發(fā)表多篇重要的論文，并榮獲了中國青年女科學(xué)家獎(jiǎng)、HHMI國際青年科學(xué)家獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。（更多詳細(xì)信息參見：清華大學(xué)顏寧教授Science再發(fā)重要新成果） |
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