核仁是細胞核中一個眾所周知的結構，在光鏡下很容易看到。這種核結構被認為是核糖體產生的地方。一項新的研究表明，核仁也是蛋白質質量控制的一個部位。
當細胞受到壓力時，蛋白質容易發生錯誤折疊和聚集。為了防止蛋白質聚集，一些蛋白質被暫時儲存在核內。慕尼黑大學實驗物理學教授、馬克斯·普朗克生物(MPI)化學研究所分子成像和生物納米技術小組的負責人Ralf Jungmann與來自MPI生物化學研究所的Ulrich Hartl和Mark Hipp合作發現這種細胞器中發現的特殊生物物理條件有助于防止有害的蛋白質聚集，相關研究成果于近日發表在《Science》雜志上。
圖片來源：R. Jungmann
核仁是19世紀30年代在細胞核中發現的一種結構。20世紀60年代，人們認識到細胞的蛋白質工廠核糖體是在這種細胞器中組裝的。研究人員發現，在某些情況下，被稱為伴侶的蛋白質會進入核仁。有人認為，這種遷移與蛋白質生產有關。然而，新的研究表明，遷移到核仁的伴侶已經與壓力敏感蛋白結合。
作為陪伴研究的先驅，F.-Ulrich Hartl和他的團隊此前發現，伴侶對蛋白質的正確折疊至關重要，在蛋白質質量控制中起著核心作用。如果蛋白質不能正確折疊，它們錯誤折疊的形式就會堆積并聚集在一起。由此產生的蛋白質聚集通常可以在神經退行性疾病中觀察到，如阿爾茨海默氏癥、帕金森癥或亨廷頓氏舞蹈癥。
該研究的通訊作者、F.-Ulrich Hartl所在系成員Mark Hipp評論說："多年來，我們一直在使用熒光素酶作為蛋白質模型，以研究蛋白質折疊的機制。"通過將這種酶與熒光蛋白融合，科學家可以在顯微鏡下追蹤它，觀察蛋白質是否正確折疊或折疊錯誤，并形成聚合。"我們能夠證明，將細胞加熱到43°C，使細胞受到壓力，會導致錯誤折疊的熒光素酶蛋白和伴侶蛋白進入核仁"
為了闡明這一過程的機制細節，研究人員與ralf jungmann和jurgen cox領導的小組進行了合作。jungmann已經開發了許多高分辨率熒光技術，而cox也在MPI生物化學研究所工作，他貢獻了新穎的生物信息分析方法。他們一起證明錯誤折疊的熒光素酶蛋白在核仁內的表現不同于在細胞的其他部分。該研究的第一作者frederic Frottin解釋說："在核仁中，錯誤折疊的蛋白質保持在類似液體的狀態，而不是聚集狀態。這可能是由于細胞器內普遍存在的特定的生物物理條件。"
通常傾向于聚集的蛋白質在受壓時以一種不那么危險的形式儲存起來，保護細胞免受損傷。一旦細胞有了恢復的時間，這些蛋白質就可以被重新折疊并從核仁中釋放出來。此時，細胞有能力激活進一步的機制，使蛋白質得以修復或降解。研究人員還證明，如果細胞壓力持續時間過長，這種保護機制就會失效。"這是一種維護細胞完整性的新機制，" Mark Hipp說。保持這種完整性對于抑制疾病的發展和延緩衰老過程至關重要。