细胞里住着“液态机器人”？

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11月17日，西湖大学理学院特聘研究员张鑫团队在《自然—化学生物学》发文，借助新型环境敏感型荧光分子，系统性地揭示了微观极性对于生物凝聚体分层结构的关键性控制作用。这项工作为理解细胞内多层无膜细胞器的形貌和功能调控提供了全新分子机制层面的理论。

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模型蛋白序列、SBD结构和模型蛋白形成液滴的荧光寿命成像示意图。课题组供图

电影《终结者》里，液态金属机器人T-1000没有固定的外形，可以变成人形，也可以变成地板。即便被液氮冻裂成碎块，还是可以重新凝聚，继续工作。如此炸裂的能力，其实我们每个人身上都能找到影子——在细胞内部，液滴状态的各种“部件”参与着复杂的生命活动。

只是，细胞拥有“液态部件”的超能力，是近十几年才被科学界关注到的。对于多层无膜细胞器的科学研究主要聚焦于生命发育、免疫、疾病等重要生命过程的作用，其分层结构的形成机制这一关键科学问题亟待解决。

张鑫团队把目光聚焦在无膜细胞器能“凝聚”成液滴并形成分层的“底层逻辑”——从细胞微环境的极性角度，寻找突破口。他们开发了极性敏感型荧光分子SBD，有了极性敏感荧光分子，就有了捕捉极性环境的利器。他们发现，不同蛋白质液滴的极性差距决定液滴是否分层，并且蛋白质液滴极性的相对大小，决定了其在分层结构的相对位置。这些发现为理解生物聚集体的分层机制提供了重要的物理化学依据。并且，他们在真实细胞中的实验同样发现，微观极性决定了无膜细胞器的分层的相对排布。

张鑫团队的这项研究首次揭示了极性在控制多层无膜细胞器分层现象上的决定性作用，其归纳的化学规律对于理解乃至干预体内分层无膜细胞器的调控提供了直接理论依据。无膜细胞器内独特的微观环境对其在生命活动中的作用有着极其重要的影响，其微环境的异常也被证实与多种神经退行性疾病和癌症相关。因此，靶向无膜细胞器，从而调节其微环境的分子也是相关药物研发的重要方向。

此外，张鑫团队在本项研究中所开发的荧光寿命成像结合环境敏感型荧光探针的实验方法，不仅可以用于无膜细胞器微环境性质的测量，也可以拓展到其他的细胞空间中，从而将微环境的定量表征拓展至更广泛的生命科学研究中。