在ALS中有關無膜細胞器的研究迅速展開。Dewpoint（一家致力于無膜細胞器研究的初創(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蛋白會在DNA損傷部位和應激狀態(tài)下的細胞質中形成無膜細胞器（圖5），并且與ALS相關的FUS突變會導致相變異常（圖6）。FUS蛋白在RNA的轉錄、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了FUS蛋白與多種神經退行性疾病有明確的關系。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也會經歷液－液相分離，并且該蛋白與ALS相關的突變也會影響液－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）。從研究結果上看，ALS相關的突變會影響無膜細胞器形成的動態(tài)過程，并且似乎會使部分結構比正常情況下更粘稠。這一情況似乎會進一步引發(fā)作為疾病標志的包涵體纖維化。Taylor估計，異常的相變過程引起了90％以上的ALS病例。

圖8：具有多個CAG重復的RNA在細胞核中聚集成無膜細胞器

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

其他神經退行性疾病也可能與液－液相變有關。2017年，Ankur Jain和Ron Vale在《Nature》的一篇文章中提到，一系列由于重復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。在這項研究中，研究人員們發(fā)現(xiàn)，具有多個重復CAG三聯(lián)子（亨廷頓氏舞蹈癥的主要致病原因）的RNA會在轉錄后聚集形成無膜細胞器，并且與CAG的重復次數(shù)呈正相關。同樣的情況也發(fā)生在具有多個CCCCGG重復（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及其同事報道，阿爾茨海默病罪魁禍首之一的可溶性tau蛋白也會形成凝聚物。無論是外源表達的tau蛋白還是從病人標本中分離出的tau蛋白都會發(fā)生液－液相分離過程。這些tau蛋白會在數(shù)十分鐘內形成膠狀凝聚物，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）．

無膜細胞器似乎與癌癥也有關系。2016年，馬薩諸塞州綜合醫(yī)院病理學家Miguel Rivera及其同事發(fā)文稱，在Ewing肉瘤中，相變機制可能會引起并保持原癌基因調控程序。2018年，圣裘德兒童研究醫(yī)院的結構生物學家Tanja Mittag發(fā)現(xiàn)抑癌蛋白SPOP在無膜細胞器非常活躍。更重要的是，癌癥相關的SPOP突變會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補充說，由于IDRs在整個蛋白質組中廣泛存在，這些發(fā)現(xiàn)已經吸引了全球各地細胞生物學家的目光。“許多科學家突然意識到他們一直在研究的蛋白質存在生物學相關的相變過程，而他們竟然從未意識到過�！彼�說。

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