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解码手机短信的语言

在死记硬背的短信和电子邮件时代之前,如果你想和朋友交流,你可能需要个性化地组装一封实体信件。同样,我们体内的单个细胞通过发送特制的“字母”来相互交流——不是用纸和笔,而是用一种叫做配体的蛋白质。

生物学教授Angelike Stathopoulos的实验室研究人员研究如何解码配体的语言,以了解细胞通讯。现在,他们对细胞如何利用一种特殊的配体来协调胚胎发育有了新的见解。

一篇描述这项研究的论文发表在7月1日的《当代生物学》杂志上。

研究小组使用看似简单的果蝇作为模型系统来研究细胞信号的基础。像人类这样的脊椎动物利用FGF(成纤维细胞生长因子)家族蛋白质的22种配体来发送信号,而果蝇只使用3种。奇怪的是,细胞可以使用相同的配体来发送各种不同的信息——例如,告诉另一个细胞移动、生长或死亡——而同样的配体如何编码如此不同的指令尚不清楚。

该团队将重点放在果蝇三个配体中的一个,称为FGF Pyramus,并研究了大约三到五小时大的果蝇胚胎中的信号转信号(果蝇需要大约24小时才能完全发育)。在博士后学者文森特·斯特帕尼克和孙晶晶的领导下,该团队仔细研究了FGF锥体的序列,然后对蛋白质进行基因修饰,观察其对果蝇胚胎的影响。

Stepanik将细胞培养的体外方法和果蝇胚胎的体内研究相结合,发现FGF锥体蛋白有两个之前未发现的结构成分。第一个区域称为跨膜域,起到物理系绳的作用,防止信号离发送细胞太远;这确保了消息被集中并且只被发送到附近的单元格。另一个区域用于静音该消息;发送细胞必须切断这个区域,才能与锥体配体通信。这种被称为degron的调节序列能够通过调节锥体配体的水平来调节发送信号的强度。

研究小组还发现,在传递信息的细胞中会留下一块锥体,比如保存收据。令人惊讶的是,这一部分还会影响发送细胞的行为,这一过程被称为反向信号。

“一个细胞向外释放一个信息,其他邻近的细胞接收到这个信息后,它们改变自己的行为,但部分信息也会留下来影响发送细胞的行为。”一个信号有两个效果,这是出乎意料的发现。

孙发现留下的那部分金字塔信息特别地影响了细胞的极性,或它的方向。这部分蛋白质可能作为一种反馈机制,以确保释放在细胞外的锥体被放置在正确的方向,在接收细胞的一边,而不是在所有的方向。这一过程对于指导建立复杂组织所必需的空间安排是重要的。

这项工作是在年轻的果蝇胚胎中完成的,以确定FGF锥体在发育的特定阶段的作用,但众所周知锥体在不同的阶段也编码不同的信息。研究小组发现了Pyramus的可变结构域以及反向信号传导的能力,这表明这种蛋白质就像一把瑞士军刀,它能使细胞利用相同的配体用于各种目的。

2004年,Stathopoulos在加州大学伯克利分校做博士后时,发现了FGF Pyramus和一个类似的配体FGF Thisbe。由于配体在心脏发育中所扮演的角色,她以希腊神话中心碎的恋人皮拉摩斯和忒斯彼的名字为它们命名,这是《罗密欧与朱丽叶》的前身。这两个配体在进化上是保守的,这意味着像果蝇这样简单的生物和像人类这样复杂的生物都可以利用它们来传递细胞信号。

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