《自然》公布细胞研究里程碑发现

　　

生物通报道：来自欧洲分子生物学实验室细胞生物学与生物物理学部，荷兰原子和分子物理学研究所（FOM Institute for Atomic and Molecular Physics ，AMOLF）的研究人员发现了细胞形态发育过程中的一个关键分子机制，解开了细胞如何保持其形态这一长期未解之谜，是细胞研究中的一个重要发现。这一研究成果公布在《Nature》杂志在线版上。

（图片说明：荧光显微镜成像图片，红色为微管，绿色为标记微管生长端微管正极示踪蛋白的）

所有的生物都是由细胞组成的，不同的生物体细胞的大小和形状有所不同，有球体、多面体、纺锤体和柱状体等。由于细胞内在的结构和自身表面张力，以及外部的机械压力，各种细胞总是保持自己的一定形状。细胞的形状和功能之间有密切关系。例如，神经细胞会伸展几米，这是因为伸长的神经细胞有利于传导外界的刺激信息。高大的树木为什么能郁郁葱葱，这是因为植物内的导管、筛管细胞是管状的，有利于水分和营养的运输。

如果细胞遇到损伤或其它事件，导致细胞不能保持其固有的形态，那么其功能就会受到阻碍，机体细胞就会出现各种问题。由于细胞形态主要是通过细胞骨架这一真核细胞中的蛋白纤维网络结构决定的，因此对于细胞如何保持其形态的研究有利于深入理解细胞骨架和蛋白之间的关系。

细胞骨架由微丝（microfilament）、微管（microtubule）和中间纤维（intemediate filament）构成。微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩；微管确定膜性细胞器（membrane-enclosed organelle）的位置和作为膜泡运输的导轨；中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。

其中微管是一个很重要的组成结构，这种能不停地生长和收缩的动力纤维的空间结构依赖于多种调节蛋白，其中有些只与微管的生长末端相互作用，长久以来，这些称之为微管正极示踪蛋白(plus-end tracking protein， +TIP) 如何识别生长微管末端的动力学结构，一直都是这一领域研究的一个未解之谜。

在这篇文章中，Thomas Surrey和Damian Brunner等组成的研究团队发展了一种新型的方法，能同时在试管中研究多个微管正极示踪蛋白，Surrey表示，“+TIPs特异性的结合在微管的快速生长末端，并且在其生长的过程中紧跟其后，这些蛋白就像是一个正极标志，从而蛋白就能知道在哪儿结合上去，调控微管的稳定性”，“许多年以来，科学家们都不能在试管中重组这一过程，我们的新系统揭示出在正极示踪过程需要哪一些蛋白，其中的机制示什么。”

应用这一新方法，研究人员成功的建立了一种包含三种酵母末端示踪蛋白的最小分子系统，这些蛋白由荧光染料进行标记，能在显微镜下观测到，通过这种方法，他们发现其中一种示踪蛋白识别出微管生长端的特定结构，并绑定在上面，这样就为另外两种示踪蛋白提供了装载平台。而另外两种示踪蛋白中的一种由于内在发动机的作用，能够沿着微管移动，这就有助于整个蛋白分子系统选择性地追踪微管生长端。

文章的第一作者Peter Bieling表示，“我们这一新研究的极大优势在于能应用到所有与微管相互作用的各种蛋白研究中”，“这是一种强大的工具，将对于我们理解各种不同微管末端示踪蛋白大有裨益，也有助于了解其中的机制及功能。”
（生物通：张迪）

原文摘要：
Nature advance online publication 2 December 2007 |
doi:10.1038/nature06386; Published online 2 December 2007
Reconstitution of a microtubule plus-end tracking system in vitro
『Abstract』

细胞骨架（cytoskeleton）是指真核细胞中的蛋白纤维网络结构。发现较晚，主要是因为一般电镜制样采用低温（0-4℃）固定，而细胞骨架会在低温下解聚。直到20世纪60年代后，采用戊二醛常温固定，才逐渐认识到细胞骨架的客观存在。

细胞骨架不仅在维持细胞形态，承受外力、保持细胞内部结构的有序性方面起重要作用，而且还参与许多重要的生命活动（图9-1），如：在细胞分裂中细胞骨架牵引染色体分离，在细胞物质运输中，各类小泡和细胞器可沿着细胞骨架定向转运；在肌肉细胞中，细胞骨架和它的结合蛋白组成动力系统；在白细胞的迁移、精子的游动、神经细胞轴突和树突的伸展等方面都与细胞骨架有关。另外，在植物细胞中细胞骨架指导细胞壁的合成。

细胞骨架由微丝（microfilament）、微管（microtubule）和中间纤维（intemediate filament）构成。微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微管确定膜性细胞器（membrane-enclosed organelle）的位置和作为膜泡运输的导轨。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。

微丝、微管和中间纤维位于细胞质中，又称胞质骨架，它们均由单体蛋白以较弱的非共价键结合在一起，构成纤维型多聚体，很容易进行组装和去组装，这正是实现其功能所必需的特点。

广义的细胞骨架还包括核骨架（nucleoskeleton）、核纤层（nuclear lamina）和细胞外基质（extracellular matrix），形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。