普林斯顿大学 普林斯顿大学科学家约书亚·谢维茨、霍华德·斯通和萨宾·皮特里实验室的研究人员发现，表面张力驱使液体状蛋白质TPX2形成小球，这些小球在细胞分裂过程中形成分支微管
详述这些发现的论文发表在1月28日的《自然物理学》杂志上
这里，微管上的TPX2(绿色)珠子(红色)在显微照片中，带有一个1微米的比例尺
信用:萨加尔大学
Setru，Bernardo Gouveia，Raymundo Alfaro-Aco，Joshua W
霍华德·沙伊维兹
斯通和萨宾·皮特里 众所周知，有些液体可以很好地混合，但有些则不行
例如，当一汤匙醋倒入水中时，短暂的搅拌就足以彻底混合两种液体
然而，倒入水中的一汤匙油会凝聚成水滴，无论怎样搅拌都无法溶解
控制液体混合的物理学并不局限于搅拌碗；它也影响细胞内事物的行为
几年前就已经知道，有些蛋白质的行为像液体，而有些像液体的蛋白质不会混合在一起
然而，关于这些液体状蛋白质在细胞表面的行为却知之甚少
萨加尔·塞特拉是2021年的一名博士生，他说:“像油和水这样两种不会混合的液体之间的分离被称为‘液-液相分离’，这是许多蛋白质功能的核心。”
D
毕业于分子生物学教授萨宾·皮特里和物理学教授约书亚·谢维茨以及刘易斯-西格勒综合基因组学研究所
这种蛋白质在细胞内不溶解
相反，它们与自身或有限数量的其他蛋白质凝结在一起，使细胞能够划分某些生化活动，而不必将它们包裹在膜结合的空间内
“在分子生物学中，对形成具有类似液体性质的凝聚相的蛋白质的研究是一个迅速发展的领域，”伯纳德·古韦亚说，他是化学和生物工程的研究生，与霍华德·斯通、唐纳德·R
迪克森69年和伊丽莎白W
迪克森机械和航天工程教授，系主任
Setru和Gouveia作为第一作者合作，努力更好地理解这样一种蛋白质
“我们对液体状蛋白质TPX2的行为感到好奇
这种蛋白质的特殊之处在于，它不像以前观察到的那样在细胞质中形成液滴，而是似乎在被称为微管的生物聚合物上经历了相分离
“TPX2对于形成微管分支网络是必要的，这对于细胞分裂是至关重要的
TPX2在一些癌症中也过表达，因此了解其行为可能具有医学相关性
" 在这里，一个桌面实验显示了一个均匀的甘油涂层是如何转变成珠子的
从甘油小瓶中快速抽出金属丝(左)会产生较厚的涂层和更大、间隔更宽的珠子，而缓慢抽出金属丝(右)会产生较薄的涂层和更小、更紧密的珠子
信用:萨加尔大学
Setru，Bernardo Gouveia，Raymundo Alfaro-Aco，Joshua W
霍华德·沙伊维兹
斯通和萨宾·皮特里 单个微管是棒状的线形细丝
在细胞分裂过程中，新的微管在现有微管的侧面形成，形成一个分支网络
新微管生长的位置由浓缩的TPX2小球标记
这些TPX2小球吸收其他蛋白质，这些蛋白质是微管生长所必需的
研究人员对微管上的TPX2小球是如何形成的感到好奇
为了找到答案，他们决定尝试观察这个过程
首先，他们修改了微管和TPX2，使它们各自发出不同的荧光
接下来，他们将微管放在显微镜载玻片上，加入TPX2，然后观察会发生什么
他们还使用一种叫做原子力显微镜的强大成像方法，以极高的空间分辨率进行观察
“我们发现TPX2首先覆盖整个微管，然后分裂成均匀间隔的液滴，就像晨露覆盖蜘蛛网并分裂成液滴一样，”古韦亚说
Setru，Gouveia和他的同事发现这是因为物理学家称之为瑞利-平顶不稳定性的原因
虽然非物理学家可能不认识这个名字，但他们已经熟悉这个现象，这解释了为什么从水龙头落下的水流会分裂成水滴，以及为什么蜘蛛网上均匀的水涂层会凝聚成单独的小珠
“在分子生物学的纳米尺度世界中发现这样的日常物理学是令人惊讶的，”古韦亚说
这里，荧光显微镜显示TPX2(绿色)从微管上的均匀涂层(未显示)转变成离散的珠
比例尺1微米，时间戳以秒为单位
信用:萨加尔大学
Setru，Bernardo Gouveia，Raymundo Alfaro-Aco，Joshua W
霍华德·沙伊维兹
斯通和萨宾·皮特里 研究人员扩展了他们的研究，发现微管上TPX2小球的间距和大小由最初TPX2涂层的厚度决定——也就是说，存在多少TPX2
这可能解释了为什么过度表达TPX2的癌细胞中微管分支发生了改变
“我们用模拟来表明，这些液滴是一种更有效的分支方式，而不仅仅是沿着微管有一个均匀的蛋白质涂层或结合，”塞德鲁说
埃德温·H·罗希特·帕普说:“肉眼可见的液滴形成物理学在微米尺度上发挥着作用，这有助于在软物质物理学和生物学之间建立起不断发展的界面(无意双关)。”
圣路易斯华盛顿大学穆蒂工程教授
路易没有参与这项研究
“潜在的理论可能适用于液体状冷凝物和蜂窝状表面之间的各种界面，”帕普补充道
“我怀疑我们会一遍又一遍地回到这项工作
"
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