就像郵遞員設法在雪、雨、炎熱和陰暗條件下遞送包裹一樣，一組關鍵的哺乳動物蛋白質即使在不太理想的條件下也能幫助細胞正常運作。

威斯康星大學麥迪遜分校的科學家們利用最先進的細胞成像和基因組編輯技術，開始揭示這組蛋白質如何發揮其基本作用。這一發現最終可以幫助研究人員更好地了解和開發針對癌癥、糖尿病和導致免疫功能障礙等疾病的新療法。

由生物分子化學系教授Anjon Audhya領導的研究小組試圖更好地了解外殼蛋白復合物 II (COPII) 的功能。COPII 是一組非常重要的蛋白質，負責運輸哺乳動物細胞中大約三分之一的功能蛋白質。

COPII 是 2013 年諾貝爾生理學或醫學獎的主題，該獎項授予了三位科學家，以表彰他們在定義蛋白質如何在細胞中分類和運輸的工作。這項新研究建立在其中一些發現的基礎上。

哺乳動物細胞內有數百萬種蛋白質，它們執行多種職責。細胞必須確保蛋白質有效地移動到適當的位置，以便它們能夠發揮其細胞作用——這是一項需要精確度的復雜任務。之前的研究認為 COPII 是這一過程的重要組成部分，但沒有人準確記錄這組蛋白質如何在細胞周圍包裝和運輸其他蛋白質。

為此，Audhya 和他的同事使用 CRISPR/Cas9 基因組編輯工具向參與控制細胞內流量的單個蛋白質(包括一些構成細胞的蛋白質)添加一個標簽，該標簽可以與明亮的熒光染料化學連接。 COPII 復合體。有了標簽，科學家們就可以追蹤蛋白質在活細胞中的移動。

使用一種稱為晶格光片成像的技術，研究小組追蹤了 COPII 如何幫助獲取細胞蛋白質，包括運往其他地方的分子——這是以前從未做過的事情。

該團隊在最近發表在《自然通訊》雜志上的一篇論文中描述了他們的進展。Audhya 用郵政系統來描述它。研究人員知道 COPII 的功能就像郵政工作人員拾取和投遞包裹，但他們從未跟蹤過這些工作人員通過單元的分發和投遞系統對包裹進行分類的情況。

“我們現在可以看到郵箱里的信封，看看郵遞員如何來到郵箱取信，然后開車離開，”奧迪亞說，他是該校基礎研究、生物技術和研究生院的高級副院長。醫學與公共衛生學院。

研究人員發現，正常情況下，這個傳遞過程平均需要 45 到 60 秒。然而，當細胞接受低于標準的營養時(有時由于某些疾病和環境條件而導致細胞營養不良)，這一過程會顯著減慢，至少直到細胞能夠隨著時間的推移而適應。

通過一系列實驗，Audhya 和他的同事們能夠識別出一種名為 Sec23 的蛋白質，該蛋白質能夠幫助恢復受到破壞后的 COPII 販運系統。當科學家們增加細胞內產生的 Sec23 數量時，他們發現細胞運輸蛋白質的速率發生了變化，“這是我們開始這項工作時從未預料到的，”Audhya 說。“Sec23 似乎是調節的核心角色。 COPII 復合體的功能。”

確定觸發 Sec23 促進 COPII 功能的因素對許多疾病具有潛在影響。例如，癌細胞通常在營養匱乏的環境中急劇生長，部分原因是產生更多促進生長的某些蛋白質。了解這一特性背后的分子機制可以確定新的治療靶點。

除此之外，更精確地了解細胞正確制備和傳遞蛋白質的過程，可以幫助我們基本了解細胞的正常功能，以及癌癥、2型糖尿病、神經退行性疾病和免疫紊亂等疾病中可能出現的問題。

Audhya 說：“了解細胞中存在的這些基本過程和調節系統最終可以為開發更合理的疾病干預方法鋪平道路。”