细胞必须将营养物质和信使货物运送通过细胞膜，在适当的时间将它们转运到细胞内的适当位点。这一过程非常复杂，且在一些特异基因的帮助下受到调控。如果转运机制发生紊乱，则会导致某些严重的疾病，诸如糖尿病、癌症和多种神经系统疾病发生。

 

2013年的诺贝尔生理学和医学奖授予了囊泡运输分子机制这一研究发现。尽管了解细胞内的道路和利用这些道路的汽车的功能至关重要，但如果不知道这种交通受到调控的机制，则没人能够充分地理解细胞是如何发挥功能的。

 

来自苏黎世大学的细胞核系统生物学家们，现在构建出了第一张细胞中大多数运输路线的全面调控系统图。这一独特的图谱被选作封面故事发表在著名的科学期刊《细胞》（Cell）上。

 

细胞如何摄取及运输货物

细胞调控着营养物质和信使货物的摄取，以及它们在细胞内部的运输。这一过程被称作为内吞作用（endocytosis）及膜运输（membrane traffic）。不同的货物停靠在细胞膜上的特异受体上。一些特殊蛋白质，例如激酶，GTP酶等会激活特异的进入路线，触动将这些受体摄入细胞中。为了摄取它们，细胞借助细胞膜来包围受体和停靠货物。接下来，细胞膜内陷、收缩形成囊泡。这些囊泡经引导经过几个不同的细胞器，到达细胞中的最终目的地。

 

细胞调控着主要路线、旁路和交叉路口

在新研究中，Lucas Pelkmans教授课题组的资深科研工作者Prisca Liberali博士，按顺序关闭了1200种人类基因。利用自动化高通量光学显微镜和计算机显像，她能够监测和比较涉及不同受体和细胞器的13条独特的运输路径。对成千上万的单细胞进行精确定量，确定了不同的运输路线必需的基因。令人惊讶的是，一些不同的调控程序以特殊的方式共同调控和协调了数条运输路线。

 

随后，Liberali博士计算出了这一遗传网络内部的层级顺序，由此确定了细胞运输的调控拓扑学。“由外向内以及细胞内部的运输与城市中的货物运输相似。就像在城市中一样，细胞内部的数条线路及交叉口的交通受到交通灯及引导货流的一些标志的严密调控。”

 

凭借这一独特的定量图，研究人员第一次绘制出了细胞内运输路线及过程的精细调控细节。尤其是编码交通灯的基因，以及在疾病中往往失去调控的开关。有了这张图谱，现在可以预测出这是如何导致细胞交通堵塞，引起疾病表型的。此外，由于已开发出许多靶向这些交通灯和开关的药物，还可以利用这一图谱提出一些可能的药物组合，使得不必要的交通，如某些病毒成为细胞废物处理系统的靶标。

 

原文检索：

Prisca Liberali, Berend Snijder, Lucas Pelkmans. A Hierarchical Map of Regulatory Genetic Interactions in Membrane Trafficking. Cell, June 05, 2014; DOI: 10.1016/j.cell.2014.04.029

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