Cell：构建出膜状细胞器，可让真核生物蛋白翻译实现空间分离

2021年8月28日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自德国美因茨大学的研究人员开发出一种将新功能设计到细胞中的方法。相关研究结果于2021年8月24日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Dual film-like organelles enable spatial separation of orthogonal eukaryotic translation”。

活细胞内发生了许多过程，从DNA的复制和修复到蛋白质的合成和循环利用。为安排这一系列反应，它们必须在三维空间中被分离开来。真核细胞做到这一点的一种方式是通过挤压一部分膜来形成一个膜包围的空间：一种可以执行特定功能的细胞器。另外，细胞也可以通过相分离将分子隔离到不同的区域（所谓的无膜细胞器），这种现象类似于沙拉酱中的醋和油的分离。这类无膜细胞器具有优势：由于它们没有被膜屏障包围而与细胞的其他部分隔开，大分子可以更容易地进入和出来。因此，膜包围细胞器就像细胞中独立的“房间”一样运作，而无膜细胞器则像同一个房间的不同角落一样运作。

细胞中最重要的过程之一是蛋白质合成，即将包含制造蛋白蓝图的RNA代码翻译成蛋白质代码。这些代码就像细胞的语言。如果细胞器可以被设计并专门用于以新的方式翻译RNA代码（即使用不同的语言），那么所产生的蛋白质的功能也可以被改变，赋予它独特的属性，比如，可以用来打开或关闭蛋白质的功能，或允许蛋白质在活细胞中被可视化观察。

2019年，美因茨大学的Edward Lemke教授和他的研究团队成功地构建出一种人造的无膜细胞器，它使用一种新的代码或语言翻译RNA代码，而不干扰细胞其他部分的RNA翻译。如今，Lemke和他实验室的一名学生--- Christopher Reinkemeier---在这一成功的基础上进一步构建出膜状细胞器（film-like organelle），它可用于将细胞过程细分为更小的空间。

图片来自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.08.001。

Lemke教授解释说，“最大的收获是我们能够创造出极小的反应空间---这样我们就可以在一个细胞中同时有几个反应空间。我们将大型三维细胞器转化为膜表面的二维细胞器，甚至可以在这些薄层结构中运行复杂的生化反应。利用这些更薄的细胞器，同一个细胞如今可以将RNA代码翻译成三种不同的语言，从而在‘同一个房间的不同角落’创造出三种不同的蛋白质，而这些翻译不会相互干扰。这意味着，同一个蛋白质如今可以有三种不同的功能，这取决于它是在哪个‘角落’制造的。”

这种新颖的方法不仅使科学家们能够设计出具有独特功能的蛋白质，而且还帮助他们更好地了解真核细胞功能是如何演变的。Reinkemeier博士说，“我们可以更多地了解膜空间中如何执行复杂的功能，膜有哪些独特的功能，以及当你用二维相分离浓缩蛋白质时，会产生哪些特殊的反应空间。通过设计这些膜状细胞器，我们还可以更好地了解大自然也是如何利用这种机制来创造具有新功能的蛋白质。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Christopher D. Reinkemeier et al. Dual film-like organelles enable spatial separation of orthogonal eukaryotic translation. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.08.001.