细胞如何避免过度膨胀
[2014/4/22]
所有细胞都有一个最为基础的功能，即控制自己的体积避免过度膨胀。数十年来，人们一直在寻找实现这一功能的蛋白，现在来自斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的科学家们终于找到了它。这个称为 SWELL1 的蛋白解决了一个重要的细胞生物学谜题，并且与健康和疾病有着密切的关联。例如，该蛋白的功能出现异常，会造成一种严重的免疫缺陷。
论文资深作者、斯克里普斯研究所教授 Ardem Patapoutian 表示：“认识这种蛋白及其编码基因，为人们开辟了新的研究方向。”相关研究作为封面文章发表在近期的《细胞》(Cell)杂志上。
水分子能够轻松穿过绝大多数细胞的膜，而水分子的流动倾向于平衡膜内外的溶质浓度。“实际上水是跟着溶质走的，”文章的第一作者 Zhaozhu Qiu 说。“细胞外溶质浓度减少或者细胞内溶质浓度增加，都会使细胞被水充满。”
几十年前人们通过实验发现，细胞膜上存在着某种离子通道，能够作为细胞膨胀的关键安全阀，他们将这种未知离子通道称为 VRAC (体积调控的阴离子通道)。当细胞膨胀时 VRAC 就会开启，允许氯离子和其他一些带负电的分子流出。这时水分子也会跟着流出，从而减轻细胞的膨胀。
“在过去三十年中，科学家们已经知道 VRAC 通道的存在，但对它并不了解，” Patapoutian 说。
由于技术限制，人们一直未能找到组成 VRAC 的蛋白及其编码基因。现在，Qiu及其同事在这项新研究中进行了快速的高通量荧光筛选。他们改造人类细胞使其产生一种特殊的荧光蛋白，当细胞膨胀 VRAC 通道打开时，这种蛋白发出的光会淬灭。
在诺华制药研究基金会基因组学研究所(Genomics Institute of the Novartis Research Foundation)的自动化筛选专家的帮助下，研究人员培养了大量供筛选的细胞，并通过RNA干扰分别在这些细胞中阻断不同基因的活性。他们主要寻找能持续发光的细胞，持续发光表明基因失活破坏了细胞的 VRAC 。
研究团队经过几轮测试，最终找到了一个基因。2003年科学家曾发现过这个基因，并将其称为LRRC8，不过当时人们只知道它可能编码一个跨膜蛋白。现在，研究人员将它重新命名为 SWELL1 。
涉及的疾病
研究人员通过进一步实验发现， SWELL1 的确位于细胞膜上，而且该蛋白的特定突变能改变 VRAC 通道的性能。“它至少是 VRAC 通道的一个主要部件，是细胞生物学家长期追寻的蛋白，” Patapoutian 说。
下一步，研究团队将进一步研究 SWELL1 的功能。例如，在小鼠模型中观察不同细胞类型缺乏 SWELL1 所造成的影响。
2003 年人们最初发现这个基因，是因为该基因突变会导致一种非常罕见的无丙种球蛋白血症(agammaglobulinemia)。这种疾病的患者缺乏生产抗体的B细胞，因此很容易受到感染。这也说明， SWELL1 是B细胞正常发育所需的蛋白。
“此前有研究指出，因为中风会导致脑组织肿胀，所以这种体积敏感性的离子通道与中风有关。另外，这种蛋白可能还涉及了胰腺细胞的胰岛素分泌。” Patapoutian 说。“这样的线索有待我们一一解析。”
论文资深作者、斯克里普斯研究所教授 Ardem Patapoutian 表示：“认识这种蛋白及其编码基因，为人们开辟了新的研究方向。”相关研究作为封面文章发表在近期的《细胞》(Cell)杂志上。
水分子能够轻松穿过绝大多数细胞的膜，而水分子的流动倾向于平衡膜内外的溶质浓度。“实际上水是跟着溶质走的，”文章的第一作者 Zhaozhu Qiu 说。“细胞外溶质浓度减少或者细胞内溶质浓度增加，都会使细胞被水充满。”
几十年前人们通过实验发现，细胞膜上存在着某种离子通道，能够作为细胞膨胀的关键安全阀，他们将这种未知离子通道称为 VRAC (体积调控的阴离子通道)。当细胞膨胀时 VRAC 就会开启，允许氯离子和其他一些带负电的分子流出。这时水分子也会跟着流出，从而减轻细胞的膨胀。
“在过去三十年中，科学家们已经知道 VRAC 通道的存在，但对它并不了解，” Patapoutian 说。
由于技术限制，人们一直未能找到组成 VRAC 的蛋白及其编码基因。现在，Qiu及其同事在这项新研究中进行了快速的高通量荧光筛选。他们改造人类细胞使其产生一种特殊的荧光蛋白，当细胞膨胀 VRAC 通道打开时，这种蛋白发出的光会淬灭。
在诺华制药研究基金会基因组学研究所(Genomics Institute of the Novartis Research Foundation)的自动化筛选专家的帮助下，研究人员培养了大量供筛选的细胞，并通过RNA干扰分别在这些细胞中阻断不同基因的活性。他们主要寻找能持续发光的细胞，持续发光表明基因失活破坏了细胞的 VRAC 。
研究团队经过几轮测试，最终找到了一个基因。2003年科学家曾发现过这个基因，并将其称为LRRC8，不过当时人们只知道它可能编码一个跨膜蛋白。现在，研究人员将它重新命名为 SWELL1 。
涉及的疾病
研究人员通过进一步实验发现， SWELL1 的确位于细胞膜上，而且该蛋白的特定突变能改变 VRAC 通道的性能。“它至少是 VRAC 通道的一个主要部件，是细胞生物学家长期追寻的蛋白，” Patapoutian 说。
下一步，研究团队将进一步研究 SWELL1 的功能。例如，在小鼠模型中观察不同细胞类型缺乏 SWELL1 所造成的影响。
2003 年人们最初发现这个基因，是因为该基因突变会导致一种非常罕见的无丙种球蛋白血症(agammaglobulinemia)。这种疾病的患者缺乏生产抗体的B细胞，因此很容易受到感染。这也说明， SWELL1 是B细胞正常发育所需的蛋白。
“此前有研究指出，因为中风会导致脑组织肿胀，所以这种体积敏感性的离子通道与中风有关。另外，这种蛋白可能还涉及了胰腺细胞的胰岛素分泌。” Patapoutian 说。“这样的线索有待我们一一解析。”
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