粒細胞（granulocytes）（包括中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞）是機體內(nèi)天然免疫反應(yīng)的重要組成部分，廣泛參與病原清除、損傷修復(fù)、癌癥等病理過程。粒細胞的功能異常，可能導(dǎo)致嚴重感染、組織損傷、免疫紊亂等嚴重后果。正因如此，深入理解粒細胞的細胞生物學(xué)特性有著關(guān)鍵的基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用意義。值得注意的是，粒細胞具有區(qū)別于其它免疫細胞或非免疫細胞的重要特征，其細胞核展現(xiàn)出明顯的分葉現(xiàn)象（nuclear segmentation），尤其是中性粒細胞的細胞核可有多達4個及以上的分葉結(jié)構(gòu)。早期的臨床研究發(fā)現(xiàn)，細胞核內(nèi)部核纖層蛋白受體LBR基因突變可以導(dǎo)致粒細胞的核分葉減少，表現(xiàn)為Pelger–Hu?t anomaly。然而，目前對于粒細胞的核分葉形態(tài)建成過程及相關(guān)分子組分的認識仍極為匱乏。

在此項發(fā)表于PNAS的研究中，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、生命科學(xué)聯(lián)合中心郭強研究員和楊競研究員課題組合作探索，揭示Vimentin蛋白作為粒細胞核分葉的全新組分。首先，本項研究利用細胞原位冷凍電子斷層掃描技術(shù)（Cryo-ET），在領(lǐng)域中首次報道粒細胞的核分葉區(qū)細胞質(zhì)內(nèi)存在中間纖維束結(jié)構(gòu)，并通過分析核膜的形變模式推測出纖維束對核膜具有作用力。隨后，通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析和免疫電鏡成像，鑒定Vimentin蛋白是這一獨特結(jié)構(gòu)的組成部分。重要的是，在非免疫細胞（如HEK293細胞）外源性表達Vimentin蛋白足以引發(fā)核分葉現(xiàn)象。反之，在小鼠中遺傳學(xué)敲除Vimentin蛋白完全破壞粒細胞的核分葉區(qū)細胞質(zhì)內(nèi)原本存在的中間纖維束。相應(yīng)的，粒細胞（中性粒細胞和嗜酸性粒細胞）核分葉顯著減少，表明Pelger–Hu?t anomaly可能由不同基因突變引發(fā)。

綜合以上，本研究發(fā)揮交叉優(yōu)勢整合多學(xué)科手段，在領(lǐng)域中首次報道中間纖維蛋白Vimentin參與粒細胞核分葉的分子機制，為深入闡明這一經(jīng)典的細胞生物學(xué)現(xiàn)象開辟新視角。

郭強和楊競為該研究的共同通訊作者。北京大學(xué)博士研究生劉家琪、李智勛以及馬普生化所李美靜博士為該研究的共同第一作者。該工作中冷凍電鏡樣品制備和數(shù)據(jù)采集在北京大學(xué)冷凍電鏡平臺完成。數(shù)據(jù)處理獲得了北京大學(xué)未名超算平臺的硬件和技術(shù)支持。北京大學(xué)國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心的工作人員提供了技術(shù)支持。該研究得到了北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心（CLS）、SLS-啟東創(chuàng)新基金、科技部、國家自然科學(xué)基金委以及昌平實驗室的經(jīng)費支持。

圖1. 粒細胞核分葉的核膜（橙）及中間纖維（黃）

原文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2307389120

來源：北京大學(xué)