關于細胞如何構建內部骨架的新發現

在每個細胞內部，被稱為微管細胞骨架的微絲網絡有助于維持細胞的形狀，允許細胞分裂，并將重要物質從細胞的一個部分運送到另一個部分。形成這個網絡的細絲被稱為微管，它們是中空的管，充當支架結構和運輸軌道。長期以來，科學家們一直對細胞如何控制這些微管的形成感到好奇，這是健康細胞功能和分裂所必需的過程。這是一個重要的問題，因為微管也是化療殺死癌細胞的主要目標。

兩個研究小組，一個在生物醫學研究所（IRB Barcelona），由Jens lders博士領導，另一個在國家研究中心Oncológicas (CNIO)，由Oscar Llorca博士領導，現在已經在理解細胞如何產生形成其內部骨架的微管方面取得了重要突破。他們的研究結果發表在《發育細胞》雜志上，揭示了一種名為CDK5RAP2的蛋白質如何激活微管核子γ-微管蛋白環復合物（γTuRC），這是骨架構建過程的關鍵組成部分，幫助細胞組織內部并正確分裂。

“這個項目成功的關鍵是我們能夠在體外重建微管成核器gTuRC的激活，為我們提供了足夠數量的高質量材料用于冷凍電鏡分析”，巴塞羅那IRB細胞增殖和分化實驗室微管組織負責人Jens l博士評論道。

“這項工作是一個很好的例子，說明如何使用冷凍電鏡在高分辨率下可視化單個分子，以及如何使用基于神經網絡的算法對這些信息進行后續處理，從而揭示大分子的作用及其工作原理。來自CNIO DNA損傷反應小組大分子復合物的奧斯卡·略爾卡博士說。

構建單元的框架

微管就像腳手架結構，就像建造一座建筑物一樣，細胞需要在正確的位置、正確的方向和正確的時間將它們組裝起來。這項工作是由γ - turc處理的，它就像一個模板，用于組裝微管的**部分。

然而，在基態下，γ - turc的形狀并不完美，無法作為模板使用。多年來，科學家們一直困惑于γ - turc如何以正確的形狀開始構建過程。研究人員現在已經證明，CDK5RAP2通過結合γ - turc并刺激其活性，在這一過程中起著核心作用。該蛋白附著在γ - turc上的五個關鍵位點上，幫助其呈現更對稱的微管樣結構，從而實現有效的微管成核。如果沒有這種激活，γ - turc將保持其不對稱形式，這并不適合模板微管的形成。

“CDK5RAP2就像一個施工經理，確保細胞的骨架得到正確的構建。該研究的**作者Marina Serna和Fabian Zimmermann分別是CNIO和巴塞羅那IRB的研究人員，他們解釋說：“這個過程是細胞生長和分裂的基礎。”

先進成像的力量

為了揭示這一機制，研究小組使用了冷凍電子顯微鏡（cryo-EM），這是一種尖端技術，使科學家能夠捕獲純化大分子復合物（如gTuRC）的高分辨率圖像。通過低溫電鏡，他們能夠觀察到CDK5RAP2如何與γ - turc結合，從而引發復合物的結構變化。這些詳細的圖像提供了前所未有的見解，讓我們了解這種復合體是如何采用微管狀對稱的。

通過低溫電鏡，他們能夠看到CDK5RAP2的多個拷貝如何結合在錐形γ - turc的外部，使其采用一種可以有效啟動微管生長的形式。

研究還發現，在激活過程中，γ - turc經常釋放一種叫做肌動蛋白的蛋白質，這種蛋白質通常存在于未激活的γ - turc結構中。肌動蛋白的釋放可能是重要的，因為它允許復合體采用其功能更強的微管形狀。

雖然這項研究揭示了細胞如何構建其內部支架的關鍵步驟，但研究人員現在感興趣的是，gTuRC激活缺陷是否可能是由CDK5RAP2基因和編碼gTuRC亞基的基因突變引起的某些罕見神經發育障礙的基礎。另一個重要的問題是是否存在其他替代的gTuRC激活機制。這些見解將導致更深入地了解細胞如何組裝其微管細胞骨架，這是確定疾病機制的先決條件，并最終為治療干預提供機會。

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