在应激之后，细胞如何恢复正常？

生物细胞常常受到周围环境的潜在威胁，比如温度波动、暴露在紫外线下，或暴露在有毒化学物质之中等，都有可能影响细胞的生存。对细胞来说，在面对环境胁迫时，最大的威胁就是细胞蛋白的展开。

为了确保能够生存下去，细胞进化出了许多复杂的方式来适应这些会造成应激的变化。比如在应对胁迫时，细胞的反应是关闭如翻译、核质运输、蛋白质生产等细胞过程；同时，应激下的细胞还会将信使RNA保存在一种被称为“应激颗粒”的结构中。

这些应激颗粒是由细胞中的蛋白质和RNA分子聚集在一起形成的。当应激过去之后，应激颗粒会分解，细胞就能从防御状态恢复到正常运行状态。但长时间以来，分子生物学家们并不清楚这种机制是如何运作的。

今年6月，《科学》杂志连续刊登了两项新的研究表明，当细胞从一些特定的环境胁迫中恢复时，一种特殊的蛋白质起到了重要作用。而且研究人员还意识到，理解这种蛋白质的工作机制，可能是未来治疗神经退行性疾病的关键。

这种能在“危险解除”之后让细胞恢复正常运行的蛋白质名为泛素，这是一种微小的蛋白质分子，在一些解体过程中，泛素分子会附着在靶蛋白上，以发出信号表明它们即将被一种称为蛋白酶体的物质降解。

在第一篇论文中，研究人员描述了他们在实验室中将细胞暴露在五种不同的应激源（其中包括42℃的热应激）时所观察到的情况。他们发现，不同类型的应激会导致细胞中的一组不同的蛋白质以不同方式泛素化，比如在热应激下，他们发现了381个被泛素化的蛋白质。这表明不同的应激源会对不同的蛋白质产生影响。

接着，研究人员想要了解泛素化过程究竟对应急颗粒可以产生什么样的影响。他们观察了被暴露在热应激下的细胞和被置于有毒化学物质中的细胞，然后在看似相同的应激颗粒形成之后，阻断了泛素化过程。观察到的结果令研究人员感到惊讶，他们发现阻断泛素化只是阻止了在热应激情况下应激颗粒的分解。

重要的是，他们还发现当仍有应激颗粒存在时，即使在周围环境已经恢复到正常温度，细胞也无法重新启动如蛋白质生产和运输等关键生物过程。

在另一项研究中，研究人员更详尽地研究了这个过程。他们发现热应激能够触发一种关键蛋白的泛素化，而这种蛋白可以使某种酶对应激颗粒进行分解，这种酶可以利用泛素将应激颗粒的致密结构“撕开”。他们的研究结果表明在热应激的应激颗粒分解过程中，以及在细胞核和细胞质之间的运输过程的恢复中，泛素化是必需的。

研究人员表示，了解这些机制的工作原理除了有助于我们理解细胞在面对环境胁迫时的分子过程之外，还具有非常重要的临床意义。正如前文所提到的，它们或许与一些困扰了无数患者的神经退行性疾病有所关联，比如已经有研究表明，一种分解应急颗粒所必需的蛋白质的突变能够导致遗传性神经退行性疾病。

现在， 许多分子生物学家已经将应激颗粒生物学和应激反应过程与几种神经退行性疾病联系了起来。我们有理由相信，更好地理解应激颗粒是如何调节的，对于更好地理解如阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化，以及一些其他形式的痴呆症等疾病的工作原理，从而找到新的治疗方法都至关重要。

科学家正在试图将应激颗粒生物学的各个方面与神经退行性疾病联系起来。一些团队正研究在试管中重新制造应激颗粒，以探索在细胞中难以解答的问题。还有研究团队将目光投向了活神经元、小鼠和果蝇的内部，以便了解疾病突变如何影响活细胞和生物的应激恢复。

尽管科学家已经发现了泛素在应激颗粒分解过程中所发挥作用的几个关键信息，但他们对这一过程中的许多分子细节仍然是未知的。为了获得更深入的了解，接下来，科学家将需要确定是哪些酶在应激过程中负责将蛋白质的泛素化的。此外，他们还需要了解那些导致了神经退行性疾病的突变，会对应激恢复过程造成怎样的影响。

#创作团队：

编译：糖兽

#参考来源：

https://theconversation.com/research-that-shines-light-on-how-cells-recover-from-threats-may-lead-to-new-insights-into-alzheimers-and-als-163210

https://www.nature.com/articles/d41586-021-02197-z

#图片来源：

封面图来源：Michael Hughes / Hughes Protein Science LLC