秀麗隱桿線蟲 

在最近發(fā)表在《自然通訊》上的一項(xiàng)研究中，Emily Spaulding博士和Dustin Updike博士在秀麗隱桿線蟲(一種小型透明蟲)中發(fā)現(xiàn)了一種著名的人類蛋白核仁蛋白的同源物。

核仁素與人類神經(jīng)退行性疾病和癌癥有關(guān)。然而，這一新發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了最近關(guān)于核內(nèi)結(jié)構(gòu)可能在這種疾病中發(fā)揮作用的理論，并為研究核仁素的功能及其對疾病的貢獻(xiàn)提供了強(qiáng)有力的新工具。

“核仁素是一種在許多動物、植物和真菌中保守的多功能蛋白質(zhì)，但以前被認(rèn)為在線蟲中不存在，”荒島山生物實(shí)驗(yàn)室Updike實(shí)驗(yàn)室的博士后Spaulding說?！八€與家族性ALS和阿爾茨海默病有關(guān)，整體核仁功能障礙與神經(jīng)退行性病變有關(guān)。”

他們對核仁素同源物(命名為NUCL-1)的鑒定為秀麗隱桿線蟲核仁素神經(jīng)元功能和相關(guān)神經(jīng)退行性疾病遺傳學(xué)的新發(fā)現(xiàn)平臺奠定了基礎(chǔ)。

左圖為野生型秀麗隱桿線蟲的核仁的超分辨率圖像，顯示了內(nèi)部凝結(jié)物的良好組織結(jié)構(gòu)。在右圖中，當(dāng)一個新發(fā)現(xiàn)的名為NUCL-1的編碼基因在突變的線蟲中被破壞時，結(jié)構(gòu)就會瓦解。與一些關(guān)于核仁亞結(jié)構(gòu)功能的想法相反，野生型和突變型線蟲都是健康的，正常發(fā)育，并保留了生育力。

核仁素主要存在于核仁中，核仁是細(xì)胞核內(nèi)核糖體組裝的工廠。與細(xì)胞內(nèi)許多其他膜結(jié)合的細(xì)胞器不同，核仁表現(xiàn)得像一個大的液滴，也稱為凝結(jié)物。

凝結(jié)物通過液相分離形成。有人設(shè)想熔巖燈內(nèi)部會形成不同密度的斑點(diǎn)，但這究竟是如何在活細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)的尚不清楚。spulding和Updike的工作表明，在秀麗隱桿線蟲的核仁中，需要NUCL-1進(jìn)行相分離。

令人驚訝的是，破壞種系的相分離對健康或生育沒有影響

由于線蟲特別適合于活體顯微鏡，可以近距離觀察活體動物內(nèi)部的內(nèi)源性蛋白質(zhì)，因此這一發(fā)現(xiàn)可能會改變科學(xué)家對核仁等凝結(jié)物特征的看法。

“秀麗隱桿線蟲的透明性使我們能夠進(jìn)行超分辨率成像，這使我們能夠看到活體動物的核仁子結(jié)構(gòu)，”Spaulding說?！拔覐奈丛谄渌胤揭娺^這樣的畫面?！盨paulding把核仁比作棒棒糖?！八鼜睦锏酵舛加袑哟?，”她說?！耙恍┑鞍踪|(zhì)定位在最內(nèi)層，而一些蛋白質(zhì)定位在最外層。每一層都被認(rèn)為代表核糖體生物發(fā)生的一個步驟?！?/p>

凝結(jié)物子結(jié)構(gòu)的生物學(xué)意義仍是一個問題;最近的觀點(diǎn)認(rèn)為，核仁的精確、分層的空間組織對核糖體的產(chǎn)生至關(guān)重要。但是MDIBL的科學(xué)家們觀察到，在去除轉(zhuǎn)基因秀麗隱桿線蟲中細(xì)胞核-1的關(guān)鍵蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域后，生殖細(xì)胞內(nèi)的核仁結(jié)構(gòu)被破壞，突變線蟲仍然正常發(fā)育并產(chǎn)生正常的后代。

她說:“我們注意到，當(dāng)我們?nèi)サ艚Y(jié)構(gòu)域時，核仁失去了美麗的子結(jié)構(gòu)，但線蟲完全沒有問題。這是一個驚喜，它暗示著，也許這種精確的分層組織對核仁功能并不像我們想象的那么重要。這對理解漸凍癥或阿爾茨海默病可能很重要，在這些疾病中，廣泛的相位分離中斷被認(rèn)為是導(dǎo)致疾病的原因。”       

Updike說:“這將是真正影響相分離領(lǐng)域的事情，因?yàn)榈贸龅脑S多結(jié)論可能是不正確的。這些結(jié)果應(yīng)該會引起廣泛的興趣，并將在相分離、核仁結(jié)構(gòu)和功能以及核仁相關(guān)人類疾病領(lǐng)域引發(fā)新的研究途徑?！盨paulding是2022年美國國立衛(wèi)生研究院神經(jīng)科學(xué)杰出學(xué)者獎的獲得者。

參考文獻(xiàn):“RG/RGG repeats in the C. elegans homologs of Nucleolin and GAR1 contribute to sub-nucleolar phase separation” by Emily L. Spaulding, Alexis M. Feidler, Lio A. Cook and Dustin L. Updike, 3 November 2022, Nature Communications.