该研究的主要负责人Thomas Surrey教授表示，微管是细胞的关键组成部分，但以往对微管形成过程的了解主要来源于酵母细胞的模型或示意图。此次研究在人类细胞内直接观察到了微管的形成过程，这不仅让我们能够更直观地了解微管的真实形态，还有助于深入探索其调节机制。考虑到微管在细胞生物学中的核心作用，这一发现可能对人类疾病的治疗产生深远影响。

 

细胞犹如一座繁忙的城市，需要复杂的设施来维持其正常功能。其中，微管作为由蛋白质组成的管状结构，发挥着至关重要的作用。它们就像城市中的桥梁和道路，帮助运输细胞内的物质并维持细胞的形状。在细胞分裂过程中，微管确保新细胞从亲本细胞正确分离；在神经元中，它们则形成了长距离运输的“高速公路”。

 

微管的形成始于一种称为γ-微管蛋白环复合体（γ-TuRC）的大型蛋白质组装。这些蛋白质按照特定顺序排列成微管蛋白的微小组件，这一过程被称为微管成核。然而，过去的研究发现，人类的γ-TuRC似乎能够暴露14排微管蛋白，这与所需的13排微管蛋白存在矛盾，令研究人员感到困惑。

 

为了解决这一谜题，研究人员利用先进的分子工具和成像技术，在微管成核过程中对超过100万个微管进行了高分辨率成像。他们发现，在微管形成过程中，γ-TuRC能够巧妙地改变形状，从开放状态逐渐转变为关闭状态。这一变化使得原本暴露的14排微管蛋白中的一排消失，从而与所需的13排微管设计相匹配。

 

研究者Cláudia Brito解释说：“我们必须找到条件来在成核过程中对大量微管进行成像，同时避免其过度延伸而模糊γ-TuRC的作用。我们利用实验室中的分子工具实现了这一点，并将微管根部冷冻到位，以便进一步分析。”

 

通过低温电镜和复杂的成像处理方法，研究人员获得了高分辨率的图像数据，并确定了在微管形成过程中γ-TuRC的3D结构变化。这一发现揭示了一个新的锁子机制，可能促进了整个微管成核过程，并表明生长中的微管本身有助于模板找到正确的形状。

 

研究者Oscar Llorca说：“现在我们已经能够可视化开启微管形成的过程，并观察到人类的γ-TuRC最初呈现为开放环结构。为了关闭这种环状结构并启动微管的形成，需要微管中的‘第一块砖’到位。当这种情况发生时，γ-TuRC中的一个区域会充当锚点，与‘第一块砖’结合后关闭环状结构。”

 

微管功能异常与多种疾病密切相关，其中最著名的是癌症。癌症以细胞失控增殖为特征，而微管过程的紊乱也可能导致神经发育障碍、呼吸道问题、心脏疾病等。目前一些癌症药物通过靶向微管发挥作用，但这些药物往往同时破坏癌变细胞和健康细胞中的微管，导致副作用和耐药性。因此，深入理解微管形成的确切机制对于开发更具靶向性和有效性的癌症疗法至关重要。

 

Surrey博士表示：“我们的发现揭示了成核过程在决定微管在细胞中的位置水平方面的重要性。我们所观察到的构象改变很可能是由细胞中尚未发现的调节因子所控制的。这为进一步研究调节子如何与γ-TuRC结合以及在成核过程中影响其构象改变提供了新方向。”

 

随着科学家们继续深入研究调节子与γ-TuRC的相互作用以及其在微管成核过程中的角色，我们对微管功能的理解将不断加深。最终，这有望为开发针对特定疾病的新型疗法提供替代作用位点，从而更有效地治疗癌症和其他与微管相关的疾病。