在ALS中有關(guān)無膜細(xì)胞器的研究迅速展開。Dewpoint（一家致力于無膜細(xì)胞器研究的初創(chuàng)醫(yī)藥企業(yè)）聯(lián)合創(chuàng)始人Hyman和他的同事們一起在《Cell》上發(fā)文稱，F(xiàn)US蛋白會(huì)在DNA損傷部位和應(yīng)激狀態(tài)下的細(xì)胞質(zhì)中形成無膜細(xì)胞器（圖5），并且與ALS相關(guān)的FUS突變會(huì)導(dǎo)致相變異常（圖6）。FUS蛋白在RNA的轉(zhuǎn)錄、剪接和microRNA的加工中發(fā)揮著重要的作用。此前的很多研究都證實(shí)了FUS蛋白與多種神經(jīng)退行性疾病有明確的關(guān)系。而這一發(fā)現(xiàn)則提出了一種FUS蛋白致病的可能原因。

圖7：HnRNPA1野生型和D262V突變型表現(xiàn)出不同的相變情況

圖片來源：Amandine Molliex，Jamshid Temirov，et al．Phase Separation by Low complexity Domains Promotes Stress Granule Assembly and Drives Pathological Fibrillization．Cell．163，123－133（2015）．

Taylor與同事們在另一篇發(fā)表于Cell上的文章上表示，hnRNPA1也會(huì)經(jīng)歷液－液相分離，并且該蛋白與ALS相關(guān)的突變也會(huì)影響液－液相分離過程。研究人員們將野生型hnRNPA1和D262V突變型hnRNPA1混合后可以看到，突變型的hnRNPA1濃縮程度更高，與野生型的相變過程有明顯區(qū)別（圖7）。從研究結(jié)果上看，ALS相關(guān)的突變會(huì)影響無膜細(xì)胞器形成的動(dòng)態(tài)過程，并且似乎會(huì)使部分結(jié)構(gòu)比正常情況下更粘稠。這一情況似乎會(huì)進(jìn)一步引發(fā)作為疾病標(biāo)志的包涵體纖維化。Taylor估計(jì)，異常的相變過程引起了90％以上的ALS病例。

圖8：具有多個(gè)CAG重復(fù)的RNA在細(xì)胞核中聚集成無膜細(xì)胞器

圖片來源：Ankur Jain，Ronald D．Vale．RNA phase transitions in repeat expansion disorders．Nature．546，243（2017）．

其他神經(jīng)退行性疾病也可能與液－液相變有關(guān)。2017年，Ankur Jain和Ron Vale在《Nature》的一篇文章中提到，一系列由于重復(fù)序列增多而引起的疾病，包括亨廷頓氏舞蹈癥、肌營養(yǎng)不良癥以及ALS等，都可能涉及異常的RNA液滴形成。在這項(xiàng)研究中，研究人員們發(fā)現(xiàn)，具有多個(gè)重復(fù)CAG三聯(lián)子（亨廷頓氏舞蹈癥的主要致病原因）的RNA會(huì)在轉(zhuǎn)錄后聚集形成無膜細(xì)胞器，并且與CAG的重復(fù)次數(shù)呈正相關(guān)。同樣的情況也發(fā)生在具有多個(gè)CCCCGG重復(fù)（ALS的主要致病原因）的RNA上。

圖9：磷酸化的tau441蛋白自發(fā)的聚集形成無膜細(xì)胞器

圖片來源：Susanne Wegmann，Bahareh Eftekharzadeh，et al．Tau protein liquid–liquid phase separation can initiate tau aggregation．The EMBO Journal（2018）．

在2018年，Taylor及其同事報(bào)道，阿爾茨海默病罪魁禍?zhǔn)字�一的可溶性tau蛋白也會(huì)形成凝聚物。無論是外源表達(dá)的tau蛋白還是從病人標(biāo)本中分離出的tau蛋白都會(huì)發(fā)生液－液相分離過程。這些tau蛋白會(huì)在數(shù)十分鐘內(nèi)形成膠狀凝聚物，并在接下來的幾天中越聚越大。

圖10：野生型的SPOP與cDAXX表現(xiàn)出明顯的共定位，并凝聚成無膜細(xì)胞器

圖片來源：Jill J． Bouchard， Joel H． Otero，et al．Cancer Mutations of the Tumor Suppressor SPOP Disrupt the Formation of Active，Phase－Separated Compartments．Molecular Cell．72，19－36（2018）．

無膜細(xì)胞器似乎與癌癥也有關(guān)系。2016年，馬薩諸塞州綜合醫(yī)院病理學(xué)家Miguel Rivera及其同事發(fā)文稱，在Ewing肉瘤中，相變機(jī)制可能會(huì)引起并保持原癌基因調(diào)控程序。2018年，圣裘德兒童研究醫(yī)院的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Tanja Mittag發(fā)現(xiàn)抑癌蛋白SPOP在無膜細(xì)胞器非常活躍。更重要的是，癌癥相關(guān)的SPOP突變會(huì)干擾蛋白的底物共定位，影響蛋白的相分離能力和抑癌能力（圖10）。

Taylor補(bǔ)充說，由于IDRs在整個(gè)蛋白質(zhì)組中廣泛存在，這些發(fā)現(xiàn)已經(jīng)吸引了全球各地細(xì)胞生物學(xué)家的目光�！霸S多科學(xué)家突然意識(shí)到他們一直在研究的蛋白質(zhì)存在生物學(xué)相關(guān)的相變過程，而他們竟然從未意識(shí)到過�！彼�說。

針對于無膜細(xì)胞器的獨(dú)特性質(zhì)，已經(jīng)有醫(yī)藥初創(chuàng)公司開始向這個(gè)領(lǐng)域布局，跨國藥企也在密切的關(guān)注著這一領(lǐng)域的下一步進(jìn)展。無膜細(xì)胞器究竟將如何為醫(yī)療健康領(lǐng)域賦能？又有什么樣的問題困擾著這一初生領(lǐng)域的發(fā)展？我們將在下一篇文章中繼續(xù)解析這一領(lǐng)域的當(dāng)前現(xiàn)狀與未來發(fā)展，敬請期待。