秀麗隱桿線蟲 

在最近發表在《自然通訊》上的一項研究中，Emily Spaulding博士和Dustin Updike博士在秀麗隱桿線蟲(一種小型透明蟲)中發現了一種著名的人類蛋白核仁蛋白的同源物。

核仁素與人類神經退行性疾病和癌癥有關。然而，這一新發現挑戰了最近關于核內結構可能在這種疾病中發揮作用的理論，并為研究核仁素的功能及其對疾病的貢獻提供了強有力的新工具。

“核仁素是一種在許多動物、植物和真菌中保守的多功能蛋白質，但以前被認為在線蟲中不存在，”荒島山生物實驗室Updike實驗室的博士后Spaulding說。“它還與家族性ALS和阿爾茨海默病有關，整體核仁功能障礙與神經退行性病變有關。”

他們對核仁素同源物(命名為NUCL-1)的鑒定為秀麗隱桿線蟲核仁素神經元功能和相關神經退行性疾病遺傳學的新發現平臺奠定了基礎。

左圖為野生型秀麗隱桿線蟲的核仁的超分辨率圖像，顯示了內部凝結物的良好組織結構。在右圖中，當一個新發現的名為NUCL-1的編碼基因在突變的線蟲中被破壞時，結構就會瓦解。與一些關于核仁亞結構功能的想法相反，野生型和突變型線蟲都是健康的，正常發育，并保留了生育力。

核仁素主要存在于核仁中，核仁是細胞核內核糖體組裝的工廠。與細胞內許多其他膜結合的細胞器不同，核仁表現得像一個大的液滴，也稱為凝結物。

凝結物通過液相分離形成。有人設想熔巖燈內部會形成不同密度的斑點，但這究竟是如何在活細胞中實現的尚不清楚。spulding和Updike的工作表明，在秀麗隱桿線蟲的核仁中，需要NUCL-1進行相分離。

令人驚訝的是，破壞種系的相分離對健康或生育沒有影響

由于線蟲特別適合于活體顯微鏡，可以近距離觀察活體動物內部的內源性蛋白質，因此這一發現可能會改變科學家對核仁等凝結物特征的看法。

“秀麗隱桿線蟲的透明性使我們能夠進行超分辨率成像，這使我們能夠看到活體動物的核仁子結構，”Spaulding說。“我從未在其他地方見過這樣的畫面。”Spaulding把核仁比作棒棒糖。“它從里到外都有層次，”她說。“一些蛋白質定位在最內層，而一些蛋白質定位在最外層。每一層都被認為代表核糖體生物發生的一個步驟。”

凝結物子結構的生物學意義仍是一個問題;最近的觀點認為，核仁的精確、分層的空間組織對核糖體的產生至關重要。但是MDIBL的科學家們觀察到，在去除轉基因秀麗隱桿線蟲中細胞核-1的關鍵蛋白質結構域后，生殖細胞內的核仁結構被破壞，突變線蟲仍然正常發育并產生正常的后代。

她說:“我們注意到，當我們去掉結構域時，核仁失去了美麗的子結構，但線蟲完全沒有問題。這是一個驚喜，它暗示著，也許這種精確的分層組織對核仁功能并不像我們想象的那么重要。這對理解漸凍癥或阿爾茨海默病可能很重要，在這些疾病中，廣泛的相位分離中斷被認為是導致疾病的原因。”       

Updike說:“這將是真正影響相分離領域的事情，因為得出的許多結論可能是不正確的。這些結果應該會引起廣泛的興趣，并將在相分離、核仁結構和功能以及核仁相關人類疾病領域引發新的研究途徑。”Spaulding是2022年美國國立衛生研究院神經科學杰出學者獎的獲得者。

參考文獻:“RG/RGG repeats in the C. elegans homologs of Nucleolin and GAR1 contribute to sub-nucleolar phase separation” by Emily L. Spaulding, Alexis M. Feidler, Lio A. Cook and Dustin L. Updike, 3 November 2022, Nature Communications.