近日，德國分子醫(yī)學(xué)研究中心(MDC)的研究人員發(fā)現(xiàn)，納米結(jié)構(gòu)域構(gòu)成獨(dú)立的信號單元是單個細(xì)胞可同時處理成百上千個信號的原因。研究人員認(rèn)為，該研究成果將開辟一個全新的細(xì)胞生物學(xué)研究領(lǐng)域。相關(guān)研究成果發(fā)表在最近一期《細(xì)胞》雜志上。

活細(xì)胞暴露于各種刺激之中。無數(shù)信使物質(zhì)停靠在它們的表面并觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)的信號級聯(lián)。這是細(xì)胞表面受體接受外界信號做出應(yīng)答并將信號逐級在細(xì)胞內(nèi)傳遞、放大和增強(qiáng)的過程。其中，G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)屬于“第一信使”，負(fù)責(zé)將細(xì)胞外刺激傳遞給特定的細(xì)胞功能。盡管有許多不同的GPCR，但所有這些GPCR僅向少數(shù)“第二信使”發(fā)出信號，例如環(huán)磷酸腺苷(cAMP)。

現(xiàn)在，德國亥姆霍茲協(xié)會馬克斯·德爾布呂克分子醫(yī)學(xué)中心的安德烈亞斯·博克教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，單個GPCR通過與受體相關(guān)的獨(dú)立cAMP納米結(jié)構(gòu)域(RAIN)發(fā)出信號，這些結(jié)構(gòu)域構(gòu)成自給自足的獨(dú)立細(xì)胞信號單元，不受來自其他受體和細(xì)胞區(qū)室的cAMP的影響。

研究人員使用熒光顯微鏡觀察分離的單細(xì)胞，研究來自兩個不同受體的cAMP信號如何在一個細(xì)胞中平行出現(xiàn)并進(jìn)行處理。其中一種受體對胰島素分泌很重要，另一種則影響心肺功能。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，激活的受體直接形成一個半徑在30到60納米的微小區(qū)域。博克教授將這個納米空間比喻成彈出式工廠，當(dāng)“命令”到來時，它會出現(xiàn)在細(xì)胞膜上并立即開始工作。“當(dāng)一個這樣的納米空間被填滿時，cAMP會溢出到下一個，觸發(fā)信號級聯(lián)到細(xì)胞內(nèi)部。”

納米結(jié)構(gòu)域的發(fā)現(xiàn)使得細(xì)胞中信號通道的復(fù)雜性增加很多倍。受體產(chǎn)生的信號開始只會影響附近的酶。細(xì)胞中的其他區(qū)域不會受影響。這允許非常精確地打開和關(guān)閉信號路徑。研究人員認(rèn)為，細(xì)胞質(zhì)中存在信號納米架構(gòu)，可按需打開。這樣的凝膠狀結(jié)構(gòu)會阻止cAMP從微小空間中擴(kuò)散出來。眾多納米結(jié)構(gòu)域的共存允許單個細(xì)胞同時操作數(shù)千個獨(dú)立的信號，而不是簡單地“開”或“關(guān)”。(科技日報駐德國記者 李山)