健康细胞会对环境变化做出适当反应。它们通过感知外界发生的情况并将命令传递给精确域中的精确生物分子来执行必要的反应。当信息在正确的时间到达正确的域时，您的身体就会保持健康。当信息在错误的时间到达错误的地方时，您可能会患上糖尿病或癌症等疾病。
信息在细胞内采取的路线称为信号传导途径。细胞仅使用少数信号通路同时响应数百个外部信号，因此需要严格调节这些通路。加州大学圣地亚哥分校科学家的新研究发现了细胞调节信号通路的一种令人惊讶的方式。他们发现，当细胞内漂浮的信息过多时，信使会形成液滴，将自己隔离在不会造成伤害的地方。该工作最近发表在《Molecular Cell》杂志上。
“液滴根据时空调节组织细胞生化活动，”加州大学圣地亚哥分校医学院药理学教授、该研究的资深作者 Jin Zhang 博士说。
科学家们研究了细胞通信的主要途径之一。它被称为 cAMP/PKA 信号通路，其两个主要作用者是 cAMP(环磷酸腺苷)和 PKA(cAMP 依赖性蛋白激酶)。当 cAMP 接收到来自细胞表面的信号时，它会激活 PKA。 PKA 将信息传递到适当的域，无论是告诉特定基因产生更多蛋白质，还是刺激酶以维持血液中健康的葡萄糖水平。
但事情没那么简单。 PKA 将消息传送到数百个不同的域。张说：“在某一时刻，PKA 需要在质膜上保持活跃。但下一刻，它需要脱离质膜并在线粒体膜上活跃。十分钟后，它确实需要进入细胞核才能启动转录。”
更复杂的是，有时细胞会开启过多的 cAMP 和 PKA。当这种情况发生时，细胞信号传导变得过度活跃且不加区别。张解释道，“不同的微域控制着不同的东西。假设您希望钙通道周围的 cAMP 水平较高，但 10 纳米之外的 cAMP 水平较低。细胞是如何实现这一目标的呢?通过控制 cAMP。”但是，她接着说，“PKA 是一样的。通常，它通过锚定蛋白被招募到特定的域。但如果 PKA 活性太高，它就会激活不应该激活的域。这就是特异性的丧失。”
这就是为什么根据新的研究，细胞形成液滴以确保正确的信息在正确的时间到达正确的域。当科学家分析液滴的成分以及它们形成的时间时，他们发现当过多的 cAMP 和 PKA 被打开时，细胞使用 PKA 的亚基形成液滴。通过这种方式，液滴隔离了过量的 cAMP 和 PKA，并抑制了非特异性信号传导。
在之前的工作中，作者发现一种称为纤维板层癌(FLC)的罕见肝癌会阻止这些液滴的形成，从而导致细胞信号传导失控。 “我们认为液滴的消失是导致肿瘤发生的过度活跃信号传导的一个主要原因，”张说。
FLC 是一种罕见但毁灭性的疾病。它通常影响肝脏健康的 40 岁以下人群。这篇论文的作者希望研究其他癌症是否也会导致液滴损失以及其背后的分子机制。他们的最终目标是设计一种治疗 FLC 的分子疗法——“任何可以帮助我们解决 FLC 患者未满足的需求的东西，”张说。
这项研究的作者包括 Julia C. Hardy、Emily H. Pool、Jessica GH Bruystens、Xin Zhou、Qingrong Li、Daojia R. Zhou、Max Palay、Gerald Tan、Lisa Chen、Jaclyn LC Choi、Ha Neul Lee Dong Wang、加州大学圣地亚哥分校的 Susan S. Taylor、Sohum Mehta、Jin Zhu 和爱荷华大学的 Stefan Strack。
这项工作得到了国立卫生研究院和纤维板层癌基金会的支持。
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