Phase Separation in Germ Cells and Development
|核心内容：
真核细胞内部含有大量的亚细胞独立区室，在不同的空间和时间上集中特定的分子，从而实现自我调控。独立区室越多自然就表明细胞具有更复杂的功能。这些区域包括如线粒体、溶酶体等具有膜结构的细胞器，此外，还有许多其他的独立区室缺少一个脂质膜结构，但却仍然能与周围环境（核质或细胞质）保持截然不同的特性。
这些无膜区室有助于多种细胞过程。无膜区室的例子包括核仁、 Cajal 体（卡哈尔体）、应力颗粒、P颗粒......
核仁
核仁超微结构有纤维中心（FC）、致密纤维组分(DFC)、颗粒组分(GC)三个特征性的区域。
纤维中心（FC）：被DFC包围的一个或几个低电子密度的圆形结构区域，主要成分为rDNA，可看成rRNA基因储存的场所。
致密纤维组分(DFC)：由致密的纤维构成，是核仁中电子密度最高的部分，是新合成的rRNA及其结合蛋白存在的场所，rRNA剪切和加工场所。
颗粒组分(GC)：由核糖核蛋白颗粒构成，是正在加工成熟的核糖体亚单位的前体颗粒，容易被蛋白酶和RNase（核糖核酸酶）水解。
总之，核仁组成成分包括rRNA，rDNA和核糖核蛋白。核仁是rRNA基因存储，rRNA合成加工以及核糖体亚单位的装配场所。
卡哈尔体是相当保守的核细胞器。在脊椎动物、果蝇、酵母菌，以及植物中均发现存在卡哈尔体。尽管卡哈尔体被发现已经100多年，卡哈尔体的确切功能还不是很明朗。初步证据显卡哈尔体可能与参与mRNA剪接的“snRNA－蛋白质复合体（snRNP）”的合成、成熟与循环有关，以及与组蛋白mRNA的形成和端粒维持相关。
应激颗粒(Stress grants，SGs)主要由 mRNA 组成，这些 mRNA 在翻译启动时停止，通常在不寻常的生理或病理条件下出现在细胞质中，如缺氧、氧化应激和病毒感染等。
P体是细胞质核糖核蛋白(RNP)颗粒，主要由翻译抑制的 mRNAs 和与 mRNA 衰变有关的蛋白质组成，在转录后调控中发挥作用。P体在真核细胞中是保守的，具有液滴性质。
关于无膜区室是如何形成的问题正在进行深入的研究，越来越多的证据表明许多无膜的间隔，如核仁和胚芽通过液-液相分离(LLPS)形成颗粒，类似油是从醋中分离出来的过程。
相分离的本质是均质液体的内容物分解成两种不同的液相。在细胞中，LLPS 也可以发生，表现为一组特定的分子从周围细胞质(或核质)分离出来形成液体状液滴或凝聚体。
相分离的机制：部分是由蛋白质和核酸之间微弱的多价相互作用驱动的，往往涉及无序区域，缺乏明确界定的三维结构。由此产生的类液体凝析液在结构上是动态的。由于凝聚作用，区域内的各种分子浓度逐渐升高，导致快速内部分子重组和快速交换。
由于其动态和不稳定的性质，相变颗粒对温度、 pH 值和其他环境因素的变化高度敏感。另外，LLPS 也可以通过翻译后修饰和组分分子浓度的变化来调节。在某些情况下，细胞内的相分离会导致凝结物呈现凝胶状甚至固体状。
最近，相分离领域采用了”生物分子凝聚物”这术语来表示相分离亚细胞无膜区室。
最近的研究表明，一些蛋白质参与关键的发育过程，如基因调控和信号 转导经历相分离的过程。因此，细胞可能通过使用相分离来协调自身时间，位置, 和/或发育过程。
生殖细胞可以形成广泛的、有助于生殖细胞形成的生物分子凝聚物阵列。因为生殖细胞相变机制相对清楚，而且具有多样性，细胞类型特异性等特点，他们被用作研究相分离的理想模型。
生殖细胞的空间组织凝聚物
(a) PATR-1和 PGL-1定位于与 P体相关的生殖系核糖核蛋白内的不同亚区(箭头)阻滞的秀丽线虫卵母细胞。(b) P体在线虫早期胚系卵裂球中的表达。MEG-3不均匀地覆盖在 PGL-3标记的颗粒表面。
(c)鼠繁殖体中的代表性piP体。Dcp1a围绕着一个有 Mael 标记的核心。(d)极性果蝇同型 mRNA 聚类分析颗粒。Osk 标记极性颗粒含有不同的 pgc 和 nos mRNA 簇。原文摘要：
The animal germline is an immortal cell lineage that gives rise to eggs and/or sperm each generation. Fusion of an egg and sperm, or fertilization, sets off a cascade of developmental events capable of producing an array of different cell types and body plans. How germ cells develop, function, and eventually give rise to entirely new organisms is an important question in biology. A growing body of evidence suggests that phase separation events likely play a significant and multifaceted role in germ cells and development. Here, we discuss the organization, dynamics, and potential functions of phase-separated compartments in germ cells and examine the various ways in which phase separation might contribute to the development of multicellular organisms.
参考文献：Dodson and Kennedy, Phase Separation in Germ Cells and Development, Developmental Cell (2020), https:// doi.org/10.1016/j.devcel.2020.09.004
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