粒細(xì)胞（granulocytes）（包括中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞）是機(jī)體內(nèi)天然免疫反應(yīng)的重要組成部分，廣泛參與病原清除、損傷修復(fù)、癌癥等病理過程。粒細(xì)胞的功能異常，可能導(dǎo)致嚴(yán)重感染、組織損傷、免疫紊亂等嚴(yán)重后果。正因如此，深入理解粒細(xì)胞的細(xì)胞生物學(xué)特性有著關(guān)鍵的基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用意義。值得注意的是，粒細(xì)胞具有區(qū)別于其它免疫細(xì)胞或非免疫細(xì)胞的重要特征，其細(xì)胞核展現(xiàn)出明顯的分葉現(xiàn)象（nuclear segmentation），尤其是中性粒細(xì)胞的細(xì)胞核可有多達(dá)4個(gè)及以上的分葉結(jié)構(gòu)。早期的臨床研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞核內(nèi)部核纖層蛋白受體LBR基因突變可以導(dǎo)致粒細(xì)胞的核分葉減少，表現(xiàn)為Pelger–Hu?t anomaly。然而，目前對(duì)于粒細(xì)胞的核分葉形態(tài)建成過程及相關(guān)分子組分的認(rèn)識(shí)仍極為匱乏。

在此項(xiàng)發(fā)表于PNAS的研究中，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、生命科學(xué)聯(lián)合中心郭強(qiáng)研究員和楊競(jìng)研究員課題組合作探索，揭示Vimentin蛋白作為粒細(xì)胞核分葉的全新組分。首先，本項(xiàng)研究利用細(xì)胞原位冷凍電子斷層掃描技術(shù)（Cryo-ET），在領(lǐng)域中首次報(bào)道粒細(xì)胞的核分葉區(qū)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)存在中間纖維束結(jié)構(gòu)，并通過分析核膜的形變模式推測(cè)出纖維束對(duì)核膜具有作用力。隨后，通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析和免疫電鏡成像，鑒定Vimentin蛋白是這一獨(dú)特結(jié)構(gòu)的組成部分。重要的是，在非免疫細(xì)胞（如HEK293細(xì)胞）外源性表達(dá)Vimentin蛋白足以引發(fā)核分葉現(xiàn)象。反之，在小鼠中遺傳學(xué)敲除Vimentin蛋白完全破壞粒細(xì)胞的核分葉區(qū)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)原本存在的中間纖維束。相應(yīng)的，粒細(xì)胞（中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞）核分葉顯著減少，表明Pelger–Hu?t anomaly可能由不同基因突變引發(fā)。

綜合以上，本研究發(fā)揮交叉優(yōu)勢(shì)整合多學(xué)科手段，在領(lǐng)域中首次報(bào)道中間纖維蛋白Vimentin參與粒細(xì)胞核分葉的分子機(jī)制，為深入闡明這一經(jīng)典的細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)象開辟新視角。

郭強(qiáng)和楊競(jìng)為該研究的共同通訊作者。北京大學(xué)博士研究生劉家琪、李智勛以及馬普生化所李美靜博士為該研究的共同第一作者。該工作中冷凍電鏡樣品制備和數(shù)據(jù)采集在北京大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)完成。數(shù)據(jù)處理獲得了北京大學(xué)未名超算平臺(tái)的硬件和技術(shù)支持。北京大學(xué)國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)中心的工作人員提供了技術(shù)支持。該研究得到了北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心（CLS）、SLS-啟東創(chuàng)新基金、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委以及昌平實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)支持。

圖1. 粒細(xì)胞核分葉的核膜（橙）及中間纖維（黃）

原文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2307389120

來源：北京大學(xué)