科学家们发现的基因确保了肌动蛋白(我们细胞骨架的主要组成部分)的最终形态的产生。
基因使细胞的骨架成熟。
遗传学家Thijn Brummelkamp在被问及为什么他能成功地找到其他人错过的蛋白质和基因时回答说:“我是一个专业的大海大海大的探索者。”他在荷兰癌症研究所的研究小组再次确定了这些“神秘基因”中的一个——这种基因保证了我们细胞骨架的关键组成部分——肌动蛋白的最终形态的产生。这些发现最近发表在《科学》杂志上。
肌动蛋白是细胞中最常见的分子之一，也是细胞骨架的关键组成部分，这也是细胞生物学家对它特别感兴趣的原因。我们一生中会产生超过100公斤的肌动蛋白。它大量存在于所有类型的细胞中，并具有多种功能，包括赋予细胞结构并使其更紧实，在细胞分裂中发挥关键作用，推动细胞前进，并给我们的肌肉力量。有缺陷肌动蛋白的人通常患有肌肉疾病。关于肌动蛋白的功能我们已经知道了很多，但是这种重要蛋白质的最终版本是如何产生的，又是哪个基因负责的呢?
“我们不知道，”布鲁梅尔坎普说，他的任务是找出我们基因的功能。
肌动蛋白的显微镜图像。(肌动蛋白为黄色，细胞核为蓝色)。图片来源:Peter Haarh/荷兰癌症研究所
单倍体人类细胞的遗传学
在他的职业生涯中，Brummelkamp为此开发了许多独特的方法，这使他在20年前成为第一个在人类细胞中大规模灭活基因的人。“你不能像杂交果蝇一样杂交人类，然后看看会发生什么。”自2009年以来，Brummelkamp和他的团队一直在使用单倍体细胞，这种细胞只包含一个基因副本，而不是两个(一个来自你的父亲，一个来自你的母亲)。虽然这两个基因的组合构成了我们整个存在的基础，但在进行基因实验时，它也会产生不必要的噪音，因为突变通常只发生在基因的一个版本(例如，来自父亲的那个版本)，而不会发生在另一个版本。
多用途的人类细胞遗传学方法
与其他研究人员一起，Brummelkamp使用这种多用途的方法来寻找特定条件的遗传原因。他已经展示了埃博拉病毒和其他一些病毒，以及某些形式的化疗是如何成功进入细胞的。他还研究了为什么癌细胞对某些类型的治疗有耐药性，并发现癌细胞中存在一种蛋白质，它可以抑制免疫系统。这一次，他去寻找一种使肌动蛋白成熟的基因——结果就是细胞的骨架。
寻找剪刀
在一种蛋白质完全“完成”之前——或如研究人员在《科学》杂志上所描述的那样，成熟之前——并能在细胞中完全发挥其功能之前，它通常必须先被剥离掉一种特定的氨基酸。然后用一把分子剪刀将这种氨基酸从蛋白质上剪下来。肌动蛋白也是如此。已知在肌动蛋白的哪一侧相关氨基酸被切断。然而，没有人设法找到在这个过程中充当剪刀的酶。
Brummelkamp团队的博士后Peter Haahr进行了以下实验:首先，他在随机单倍体细胞中引起随机突变(错误)。然后，他选择含有未成熟肌动蛋白的细胞，在细胞中添加荧光标记抗体，抗体刚好适合氨基酸被切断的位置。作为第三步也是最后一步，他研究了在这个过程后哪个基因发生了突变。
他们称之为ACTMAP
然后是“灵光一现”的时刻:Haahr找到了从肌动蛋白中切割必需氨基酸的分子剪刀。事实证明，这些剪刀是由一种以前不为人知的功能基因控制的;没有研究人员与之合作过。这意味着研究人员能够自己命名该基因，他们确定为ACTMAP (ACTin成熟蛋白酶)。
为了测试缺乏ACTMAP是否会导致生物的问题，他们关闭了老鼠的基因。他们观察到，这些小鼠细胞骨架中的肌动蛋白仍未完成，正如预期的那样。他们惊讶地发现，老鼠确实活了下来，但肌肉无力。研究人员与阿姆斯特丹大学的科学家一起进行了这项研究。
在细胞骨架中发现了更多的剪刀
ACTMAP并不是Brummelkamp发现的第一个在细胞骨架功能中起作用的神秘基因。用同样的方法，他的团队近年来已经能够检测到三个未知的分子剪刀，它们从微管蛋白(细胞骨架的另一个主要成分)中切割出一个氨基酸。这些剪刀允许微管蛋白在细胞内正确地执行其动态功能。最后一把剪刀(MATCAP)被发现并发表在今年的《科学》杂志上。通过早期对细胞骨架的研究，Brummelkamp成功地得到了肌动蛋白。
任务:绘制出所有23000个基因
“不幸的是，我们关于肌动蛋白的新发现并没有告诉我们如何治疗某些肌肉疾病，”Thijn Brummelkamp说。“但我们提供了关于细胞骨架的新的基本知识，这可能对以后的其他人有用。”此外，布鲁梅尔坎普的任务是有朝一日能够绘制出我们23000个基因的所有功能，他可以从他的庞大清单上再勾出一个新基因。毕竟，我们不知道我们一半的基因是干什么的，这意味着我们无法在出现问题时进行干预。
