在細胞生物學中,壓力顆粒是一種由蛋白質和RNA組成的生物分子的凝聚體,當細胞處於壓力下時,這些成分會組裝成無膜的細胞器,大小約為0.1至2微米。研究表明,壓力顆粒中的mRNA分子通常與40S核醣體亞基、翻譯起始因子、聚腺苷酸(mRNA)和RNA結合蛋白質(RBPs)形成停滯的翻譯前啟動複合體。雖然這些顆粒是無膜的,但它們被認為可能與內質網相關。此外,有關核內壓力顆粒的研究也在進行中,但本篇文章專注於細胞質中的壓力顆粒。
壓力顆粒的功能仍然 largely unknown。
壓力顆粒長期以來被提出具有保護RNA免受有害環境影響的功能,因此在壓力情況下會出現。RNA的聚集可能防止其與有害化學物質反應,保護其所編碼的信息。除了保護作用外,壓力顆粒可能作為未翻譯mRNA的決策點,使分子能夠選擇進入儲存、降解或重新啟動翻譯的三個路徑。
然而,對於壓力顆粒是否為RNA儲存的重要場所的看法存在爭議。最近的研究表明,並非所有RNA都會以序列特異性的方式招募到壓力顆粒中,而是以一般性的方式進行聚集,較長或翻譯不佳的mRNA更易被富集。大約只有15%的細胞總mRNA會局部化到壓力顆粒中,這意味著壓力顆粒對mRNA的影響或許不如先前認為的那麼重要。
這些研究僅為時間的快照,實際上,較大比例的mRNA也可能在某些時候暫時儲存在壓力顆粒中。
在植物細胞中,壓力顆粒的主要成分是分子伴侶蛋白,這些蛋白質能夠封閉、保護並可能修復因熱應力等原因而變性的蛋白質。因此,mRNA與壓力顆粒的關聯可能僅僅是部分變性RNA結合蛋白與壓力顆粒的偶然現象。
一些研究顯示,DHX9是一種具有解旋酶活性的特殊壓力顆粒,能夠作用於雙鏈RNA,以促進細胞生存。DHX9作為一種非膜結合的細胞質空間,可以保護子細胞免於受到父細胞RNA損傷的影響。
壓力顆粒的形成是由環境壓力觸發的細胞信號轉導路徑所驅動的。在實驗室環境中,這些壓力源可以包括熱、寒冷、氧化壓力、內質網壓力等。這些壓力源能激活特定的壓力相關激酶,通常會引發翻譯抑制和壓力顆粒的形成。值得注意的是,某些類型的壓力來源即使在不經由EF2α磷酸化的情況下也仍能誘導壓力顆粒形成。
某些信號分子已被證實能夠調節壓力顆粒的形成或動態行為。
除了與蛋白質的相互作用外,RNA-RNA的相互作用可能在壓力顆粒的形成中發揮重要作用。最近的RNA-seq分析顯示,RNA富集的組合十分相似,主要基於RNA的長度。許多RNA解旋酶也存在於壓力顆粒中,這些酶有助於控制RNA的聚集和顆粒的動態。
與處理體(P-bodies)相比,壓力顆粒共享RNA和蛋白組分,並且在細胞受到壓力時會共同出現。雖然二者都有共同的成分,但它們各自的蛋白質組成並不完全相同。加工體被長期認為是mRNA降解的部位,而壓力顆粒則可能扮演著轉錄抑制的角色,也有證據表明,mRNA首先是在壓力顆粒中選擇,再進入加工體。
雖然壓力顆粒和加工體之間存在一定的關聯,但絕大部分蛋白質在這兩種結構中都是獨特的。
回顧目前對壓力顆粒的研究,雖然我們尚未完全理解其組成和功能,但這些細胞結構顯然在RNA和蛋白質的相互作用中扮演著關鍵角色。探索這些細胞內機制的運作,或許能為我們提供更多關於細胞如何應對壓力的見解,並引發更深入的思考:我們對於細胞在壓力下的反應了解有多少呢?