科学家发现人类细胞中前所未见的结构——形似戴围巾的雪人

科学家表示，他们捕捉到了一种新型细胞器的三维图像，并将其命名为“半融合体”（hemifusome）。这种结构可能是人类细胞中的一个回收中心。

在人类细胞中发现了一种新的细胞器 —— 科学家称之为“半融合体”。

就像我们身体内的完整器官一样，细胞内的细胞器是执行特定功能的特殊结构。弗吉尼亚大学的助理教授塞哈姆·易卜拉欣（Seham Ebrahim）及其团队在观察维持细胞形状的丝状结构时，注意到他们制作的三维图像中反复出现一种新的结构。

这个起初看似图像伪影的结构，最终被证实是一种新的细胞器，它可能参与人类细胞内蛋白质的分拣、回收和丢弃。易卜拉欣将半融合体的形状比作戴围巾的雪人：想象一个小头连接在一个更大的身体上，两端之间有一条细小的分界。

这种细胞器的直径约为100纳米，甚至不到细胞中著名的“发电站” —— 小型线粒体 —— 尺寸的一半。

科学家们能够观察到半融合体，是因为他们使用了一种名为“冷冻电子断层扫描（cryo-electron tomography, cryo-ET）”的方法来生成图像。该技术涉及快速冷冻来自四个实验室培养的细胞系的细胞，以尽可能多地保存其结构，从而能够生成清晰的三维图像。

“这就像是一张快照，不需要任何化学处理或染色，”易卜拉欣指出。她说，使用这种成像技术，他们可以在“非常自然的状态”下观察细胞内部，就像它们是玻璃球一样。

在他们5月份发表在《自然通讯》杂志上的论文中，研究人员写道，其他成像技术对细胞进行的苛刻处理步骤可能阻碍了人们更早地观察到半融合体。易卜拉欣补充说，此外，使用其他成像技术研究活细胞内的物质运输动态时，这种细胞器可能因为太小而无法看清，最多呈现为模糊斑点。

易卜拉欣和她的同事当时正在观察一种他们从未见过的囊泡构型。囊泡是类似气球的结构，用于在细胞内和细胞间运输蛋白质和激素等物质。这项新研究揭示出两个囊泡融合在一起，中间有一层双层脂肪屏障。

“即使从生物物理学的角度来看，这也是一个突破，”易卜拉欣说，“因为生物物理学家们一直预测或理论推测囊泡可以存在于这种半融合状态……但这是第一次在活细胞中实际观察到。”这一观察结果启发了“半融合体”（hemifusome）这个名称，因为“半融合”（hemifusion）指的是两个双层膜的部分融合。

易卜拉欣认为，半融合体可以被归类为细胞器，因为它们是细胞内独立的功能单元，而非随着膜结构形成和分裂而短暂出现的“转瞬即逝”的结构。她在论文中写道，半融合体不太可能是冷冻电子断层扫描技术产生的伪影。

未参与该研究的宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院生物化学与生物物理学助理教授张一伟（Yi-Wei Chang）表示，易卜拉欣的发现“表明他们观察到的半融合体是真正的细胞中间结构，而非冷冻诱导的畸变”。

张一伟通过电子邮件指出，一旦通过进一步研究确认了半融合体的作用和功能，它们可能会被认定为一类独特的中间结构，在哺乳动物细胞中完成部分融合过程。

通过目前的工作，研究人员可以确认半融合体的存在，但他们尚未确定这种细胞器的确切作用、生命周期或其组成成分。易卜拉欣推测半融合体是某些类型囊泡的前体。她认为，半融合体可能在回收或处置细胞膜方面发挥着关键作用，这对于防止细胞内物质的堆积至关重要，如果任由积累，这些物质可能会阻碍细胞的正常运作。

研究人员在论文中写道，更深入地了解半融合体的工作机制，也可能为阿尔茨海默病（Alzheimer's）等疾病如何发生提供新的见解。阿尔茨海默病与大脑中异常蛋白斑块的清除不当有关，这会导致它们随时间推移而积累。

“如果没有冷冻电子断层扫描技术，我们就会错过这一发现，”易卜拉欣说，并补充道，“可能还有一个我们尚未发现的完整世界。”

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