研究人员发现细胞如何在高盐浓度下存活

为了生存，细胞必须不断地适应周围的环境。环境中渗透物质(如盐)含量的突然增加，会导致细胞失水和收缩。几秒钟后，它们就启动了一种机制，使它们能够恢复最初的水量，避免死亡。

Image of a cell "ruptured" by a fire-polished micropipette. Credit: UPF - IRB Barcelona

生物医学研究所(IRB巴塞罗那)的波萨斯博士和德纳达尔博士以及庞培法布拉大学(UPF)的Valverde博士在多伦多大学(加拿大)的莫法特博士的领导下，研究了一种名为LRRC8A的基因在细胞抗渗透休克能力方面的核心作用。

这个基因编码是一种蛋白质，这种蛋白质在细胞膜上形成通道，并且允许氯离子离开牢房。“使用人类上皮细胞模型，以及其他人类和老鼠的细胞，我们已经能够证明这一点。通道在细胞暴露于高浓度的氯化钠后不久就会打开。De Nadal博士解释说，他和Francesc Posas博士一起领导了IRB巴塞罗那的细胞信号实验室。分子机制这就导致了如此迅速地开放。氯通道磷酸盐，这意味着一个磷酸盐基团被添加到一个特定的氨基酸在其序列，从而激活通道。

“这是一个非常复杂的项目，我们花了很多年才看到光明，”UPF分子生理学实验室的负责人Miguel ngel Valverde博士解释说。他补充说：“我们还展示了激活和去除氯离子对启动体积恢复过程和细胞随时间存活是多么重要。”

使用一种只染活细胞的紫染料使研究人员能够观察到，当这种氯离子通道的活性被某种化合物阻断时，细胞死亡增加了大约50%。

穿越时间回答老问题的旅程

在90年代，各种地标科学论文细胞体积调节是指细胞通过调节体积来生存的过程。众所周知，在盐胁迫下负责体积恢复的蛋白质需要较低的细胞内浓度才能被激活，但在这种不利条件下如何发生这种情况尚不清楚。通过这一发现，作者回答了几年前研究人员提出的一个问题：氯化物是如何从细胞中排出来启动整个过程的？

用论文的主要合著者塞尔玛·塞拉(Selma Serra)博士的话说：“现在我们有了这个问题的答案。正是LRRC 8A通道降低了细胞中的氯化物水平。到目前为止，我们已经很好地理解了这个通道在细胞适应低盐环境中所扮演的角色。最大的挑战是如何找到同样的氯通道在相反的机制中是至关重要的。在项目开始时，似乎违背了任何一种科学逻辑，即用来收缩细胞的通道也会膨胀它们。”

利用活细胞的电生理和荧光显微镜技术来确定细胞内的氯化物水平，研究人员已经证明了LRRC8A氯化物通道参与了对高盐刺激的反应。

一项重大的技术和概念挑战

在分子水平上研究这一过程对参与该项目的团队提出了相当大的挑战。因为在体内进行研究是非常复杂的。细胞当它们经历渗透休克和收缩时。作者说：“想象一下，你看到的是一颗多汁的葡萄，突然它看起来像葡萄干，这让我们的事情变得非常复杂。”

另一个主要影响因素是，在这些应力条件下，激活氯离子通道的机制与文献中所描述的非常不同。这篇文章的主要作者，PredraStojakovic说，“发现应对压力的信号通路，MAP激酶，我们在实验室里研究了几个月的蛋白质，是激活这个通道的直接原因，这是一个很大的惊喜”。MAP激酶是一组信号蛋白，将磷酸基团添加到其他蛋白质中，从而激活或灭活它们。利用分子技术，作者在整个通道的蛋白质中寻找这些激酶蛋白的靶序列。“我们已确定氯通道这导致在MAP激酶通道的控制下激活，以应对压力，“博士生Stojakovic说。

未来影响

Posas博士解释说：“这项新的研究为研究细胞适应和生存盐胁迫开辟了新的可能性。身体的某些器官，比如肾脏，经常暴露在高盐浓度的环境中，这可能威胁到它们的生存。了解在这些条件下控制生存的分子是什么，对于了解某些导致盐的体积恢复的病理非常有用。”

此外，发现这一通道在这些细胞调节过程中的作用是高度相关的许多疾病涉及的蛋白质调节的LRRC8A。这在某些情况下可能很重要，如某些类型的动脉高压或脑缺血。

更多资料：Selma A. Serra el al., "LRRC8A-containing chloride channel is crucial for cell volume recovery and survival under hypertonic conditions," PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2025013118