郭强/杨竞课题组合作阐释粒细胞（granulocytes）细胞核分叶的全新分子机制

郭强/杨竞课题组合作阐释粒细胞（granulocytes）细胞核分叶的全新分子机制

粒细胞（包括中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞）是机体内天然免疫反应的重要组成部分，广泛参与病原清除、损伤修复、癌症等病理过程。粒细胞的功能异常，可能导致严重感染、组织损伤、免疫紊乱等严重后果。正因如此，深入理解粒细胞的细胞生物学特性有着关键的基础科学和应用意义。值得注意的是，粒细胞具有区别于其它免疫细胞或非免疫细胞的重要特征，其细胞核展现出明显的分叶现象（nuclear segmentation），尤其是中性粒细胞的细胞核可有多达4个及以上的分叶结构。早期的临床研究发现，细胞核内部核纤层蛋白受体LBR基因突变可以导致粒细胞的核分叶减少，表现为Pelger–Huët anomaly。然而，目前对于粒细胞的核分叶形态建成过程及相关分子组分的认识仍极为匮乏。

在此项发表于PNAS的研究中，郭强课题组和杨竞课题组合作探索，揭示Vimentin蛋白作为粒细胞核分叶的全新组分。首先，本项研究利用细胞原位冷冻电子断层扫描技术（Cryo-ET），在领域中首次报道粒细胞的核分叶区细胞质内存在中间纤维束结构，并通过分析核膜的形变模式推测出纤维束对核膜具有作用力。随后，通过转录组学分析和免疫电镜成像，鉴定Vimentin蛋白是这一独特结构的组成部分。重要的是，在非免疫细胞（如HEK293细胞）外源性表达Vimentin蛋白足以引发核分叶现象。反之，在小鼠中遗传学敲除Vimentin蛋白完全破坏粒细胞的核分叶区细胞质内原本存在的中间纤维束。相应的，粒细胞（中性粒细胞和嗜酸性粒细胞）核分叶显著减少，表明Pelger–Huët anomaly可能由不同基因突变引发。

综合以上，本研究发挥交叉优势整合多学科手段，在领域中首次报道中间纤维蛋白Vimentin参与粒细胞核分叶的分子机制，为深入阐明这一经典的细胞生物学现象开辟新视角。

图1. 粒细胞核分叶的核膜（橙）及中间纤维（黄）

北京大学生命科学学院、生命科学联合中心郭强研究员和杨竞研究员为该研究的共同通讯作者。北京大学博士研究生刘家琪、李智勋以及马普生化所李美静博士为该研究的共同第一作者。该工作中冷冻电镜样品制备和数据采集在北京大学冷冻电镜平台完成。数据处理获得了北京大学未名超算平台的硬件和技术支持。北京大学国家蛋白质科学中心的工作人员提供了技术支持。该研究得到了北大清华生命科学联合中心（CLS）、SLS-启东创新基金、科技部、基金委以及昌平实验室的经费支持。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2307389120

郭强

北京大学生命科学学院研究员

北大-清华生命科学联合中心PI

邮箱：

guo.qiang@pku.edu.cn

研究方向：

我们是原位结构生物学实验室。关注“细胞建筑学”：各个亚细胞结构是如何搭建成一个具有完整生物学功能的细胞，以及“生物大分子社会学”：细胞内的细胞器、生物大分子之间的相互关系。

原位结构生物学是基于冷冻光电联用（CLEM）、冷冻电子断层扫描（cryo-ET）等技术的新兴结构生物学分支，是一种可以在细胞生理状态下，对生物大分子和亚细胞结构在分子分辨率（1 ~ 10 nm）水平进行原位的结构分析和功能研究的技术手段。我们主要研究方向包括：

1. 在纳米、亚纳米尺度对基础细胞生物学问题的研究。

2. 对包括神经退行性疾病在内的老龄化疾病致病机制的研究。

3. 适用于组织样品的高分辨原位结构生物学方法优化。

杨竞

北京大学生命科学学院研究员

北大-清华生命科学联合中心PI

邮箱：

jing.yang@pku.edu.cn

研究领域：

团队致力于生物医学的前沿交叉方向，整合先进成像技术、多组学分析、化学遗传学、动物疾病模型、人类临床样本等跨学科手段，探索神经系统、免疫系统、代谢系统、循环系统等的互作调控，在分子、细胞、器官、机体等不同层面探索神经免疫（neuroimmunology）、免疫代谢（immunometabolism）、肿瘤免疫（cancer immunology）、肿瘤神经（cancer neuroscience）的创新概念和视角，开拓神经退行性疾病、代谢疾病、恶性肿瘤等重要人类疾病的治疗策略和药物靶点。曾获得海外高层次人才项目、优秀青年科学基金、杰出青年科学基金、原创探索计划等国家科研项目支持，并与生物制药产业建立合作转化。重点研究领域包括：

1. 神经退行性疾病和神经系统炎症；

2. 免疫紊乱和自免疫疾病；

3. 代谢疾病及并发症；

4. 肿瘤微环境的神经免疫调控。

转自：“生命科学联合中心”微信公众号

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