早在 2018 年，纪念斯隆凯特琳癌症中心 (MSK) 的 Christine Mayr 医学博士、哲学博士的实验室 就向世界介绍了一种一直隐藏在人们视线中的关键细胞成分。

现在，该实验室带着基于这一发现的重要成果回来了。发表在《分子细胞》杂志上的新发现 提供了有关细胞质隐藏组织的详细信息——细胞内的液体、细胞器、蛋白质和其他分子的汤。研究表明，信使 RNA (mRNA) 在细胞培养液中翻译成蛋白质的位置有很大差异。

“你知道古老的房地产说法，‘位置、位置、位置。’ 事实证明，它也适用于蛋白质在细胞内的制造方式，”斯隆· 凯特琳研究所 ( MSK 基础和转化研究中心) 的分子和细胞生物学家 Mayr 博士说道。“如果在这里翻译，你得到的蛋白质是在那里翻译的两倍。”

她说，这项史无前例的研究强调了细胞质“美丽组织”的程度，而不仅仅是一堆东西。

研究人员指出，这些发现不仅为基础细胞生物学提供了新的线索，而且还有望增加或改变 mRNA 疫苗和疗法中蛋白质的产生。

这项研究是由前实验室成员 Ellen Horste 博士领导的，Mayr 几年前加入实验室时就任命她来参与这个艰巨但令人兴奋的项目。Horste 博士于 6 月从Gerstner Sloan Kettering 研究生院获得博士学位 ，现在在一家基因治疗公司工作。

“当我们开始时，我们很难为这个项目获得资金，”迈尔博士说。“每个人都认为隔离各个组件是完全不可能的。这确实是艾伦从进入实验室的第一天到最后一天的项目。这非常具有挑战性，我为她感到无比自豪。”

该团队采用了免疫学家常用的方法，能够使用抗体对细胞内的单个颗粒进行颜色编码，然后按颜色对它们进行排序。他们使用 RNA 测序来识别哪些 RNA 与哪些颗粒相关。

“令人惊讶的是，在每个细胞内区域中，都翻译了非常不同类型的 mRNA，”Mayr 博士说。

欢迎来到蜂窝邻里

细胞内大多数众所周知的组件都有明确的形状，并包裹在外膜中：细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体。

迈尔团队研究的核心部件中有两个没有膜，这就是导致它们一开始就很难找到的原因，也是在实验室中分离和研究的一个挑战。

生物学快速回顾：细胞使用 DNA 编码的指令构建蛋白质。这些 DNA 序列在细胞核内转录成 mRNA。然后这些信使 RNA 移动到细胞质中，在那里它们被翻译成有用的蛋白质。

这项新研究表明，这个翻译步骤在细胞质中发生的位置并不是随机的，并且有一个潜在的逻辑或“代码”将 mRNA 引导到细胞内的特定区域。

“整个细胞质被很好地划分，”迈尔博士说。“我们能够证明有一个代码在起作用，它基于 mRNA 的生物物理特征——它们的大小和形状——以及它们所配合的特定 RNA 结合蛋白。这段代码将 mRNA 定向到不同的位置进行翻译。”

研究细胞内 3 个位置的翻译

通过一系列艰苦的实验，研究小组能够证明不同长度和形状的 mRNA 往往会被吸引到特定的区域。如果你进行干预，将它们重定向到不同的位置，就会对产生的蛋白质的量和蛋白质的功能产生深远的影响。

研究人员观察了位于内质网(参与蛋白质合成和其他细胞功能的细胞器)表面的 mRNA。众所周知，与细胞膜相关的蛋白质以及由细胞分泌用于其他地方的蛋白质都在那里翻译。研究表明，近 15% 的编码非膜蛋白的 mRNA 也在 ER 中进行翻译，并且它们编码大且高表达的蛋白质。

同时，在细胞质(细胞质的液体部分)中翻译的 mRNA 往往是非常小的蛋白质。

定位到 TIS 颗粒的 mRNA 往往是转录因子(调节基因转录的蛋白质)。TIS 颗粒是 Mayr 实验室于 2018 年发现的一种无膜细胞成分。它们形成相互连接的蛋白质和 mRNA 的网络，并与内质网紧密相连，形成 mRNA 和蛋白质可以聚集和相互作用的独特空间。

细胞的荧光显微镜图像，TIS 颗粒显示为红色，内质网显示为绿色。中央黑色区域是细胞核。