10月2日，上海科技大学生命科学与技术学院刘冀珑课题组在学术期刊《国际分子科学杂志》( International Journal of Molecular Sciences）发表题为“Super-Resolution Imaging Reveals Dynamic Reticular Cytoophidia”（超高分辨揭示动态网状细胞蛇）的研究论文，报道了细胞蛇这一新型无膜细胞器的独特生物物理特征。生命学院2019级本科生方逸凡为论文第一作者。
核苷酸CTP是组成RNA的四种基本核苷酸之一。从头合成CTP的限速步骤是由CTP合酶（CTPS）催化的。2010年，刘冀珑教授在牛津大学首先发现CTPS在果蝇细胞中形成蛇形结构，并将之命名“细胞蛇”。过去十余年研究发现，细胞蛇广泛存在于人类细胞、斑马鱼、植物、酵母、细菌和古菌等生物，在进化上高度保守，参与代谢调控并与多种癌症因子相关。
最近几年，细胞蛇的微小组成单位、在体外纯化的CTPS纤维（CTPS filament）的近原子分辨率被一一解析。但科学界对纳米尺度的CTPS纤维如何组织和构建成微米尺度的细胞蛇还不理解。本工作通过超高分辨成像揭示了CTPS纤维通过网状结构动态地组成细胞蛇。
结构解析表明，CTPS分子的第355个氨基酸残基（组氨酸残基355H）是CTPS四聚体界面关键位点。利用增强绿色荧光蛋白的二聚性质验证了355H对细胞蛇的组装发挥重要作用，并进一步通过荧光漂白恢复（FRAP）的对照实验确定了细胞蛇的高度动态性质。但其荧光恢复的形式既不类似细胞骨架的“踏车”现象，也不类似液体扩散（从两端到中间）现象，而是漂白区域整体实现了同步荧光恢复。
通过受激辐射损耗（STED）超分辨成像技术，研究揭示了该现象背后的原因是由于细胞蛇的超分辨结构为网状结构，该结构的间隙或许可为次黄嘌呤核苷酸脱氢酶（IMPDH）等其他代谢酶提供共分布的空间。此外，本工作还发现一种特殊运动方式的聚合物“有触手的颗粒”（granules with tentacles），其液滴触手可参与颗粒运动。
图1. 细胞蛇的超分辨网状结构，CTPS和IMPDH共分布
该论文的共同作者还包括生命学院研究生励益岚和分子影像平台李晓明，刘冀珑为通讯作者。上海科技大学为第一完成单位。
论文链接：
https://doi.org/10.3390/ijms231911698