研究人員：細胞同時處理多個信號的原因找到了！納米結構域開辟全新研究領域

近日，德國分子醫學研究中心(MDC)的研究人員發現，納米結構域構成獨立的信號單元是單個細胞可同時處理成百上千個信號的原因。研究人員認為，該研究成果將開辟一個全新的細胞生物學研究領域。相關研究成果發表在最近一期《細胞》雜志上。

活細胞暴露于各種刺激之中。無數信使物質停靠在它們的表面并觸發細胞內的信號級聯。這是細胞表面受體接受外界信號做出應答并將信號逐級在細胞內傳遞、放大和增強的過程。其中，G蛋白偶聯受體(GPCR)屬于“第一信使”，負責將細胞外刺激傳遞給特定的細胞功能。盡管有許多不同的GPCR，但所有這些GPCR僅向少數“第二信使”發出信號，例如環磷酸腺苷(cAMP)。

現在，德國亥姆霍茲協會馬克斯·德爾布呂克分子醫學中心的安德烈亞斯·博克教授領導的研究團隊發現，單個GPCR通過與受體相關的獨立cAMP納米結構域(RAIN)發出信號，這些結構域構成自給自足的獨立細胞信號單元，不受來自其他受體和細胞區室的cAMP的影響。

研究人員使用熒光顯微鏡觀察分離的單細胞，研究來自兩個不同受體的cAMP信號如何在一個細胞中平行出現并進行處理。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。科學家們發現，激活的受體直接形成一個半徑在30到60納米的微小區域。博克教授將這個納米空間比喻成彈出式工廠，當“命令”到來時，它會出現在細胞膜上并立即開始工作。“當一個這樣的納米空間被填滿時，cAMP會溢出到下一個，觸發信號級聯到細胞內部。”

納米結構域的發現使得細胞中信號通道的復雜性增加很多倍。受體產生的信號開始只會影響附近的酶。細胞中的其他區域不會受影響。這允許非常精確地打開和關閉信號路徑。研究人員認為，細胞質中存在信號納米架構，可按需打開。這樣的凝膠狀結構會阻止cAMP從微小空間中擴散出來。眾多納米結構域的共存允許單個細胞同時操作數千個獨立的信號，而不是簡單地“開”或“關”。(科技日報駐德國記者 李山)