分享一篇發表在Nature Chemical Biology上的文章，標題為“pH variations enable guanine crystal formation within iridosomes”，通訊作者是來自以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所分子遺傳學系的Dvir Gur，主要研究興趣為生物體中的有機晶體。

許多動物通過一種被稱為虹膜體的膜結合細胞器內堆疊的鳥嘌呤晶體來反射和放大光線，從而產生鮮艷的色彩。雖然虹膜體中鳥嘌呤晶體的存在已經得到證實，但促進不溶于水的鳥嘌呤積累并驅動其結晶的分子機制仍不清楚。

為了闡明虹膜體中鳥嘌呤晶體形成的機制，作者首先用冷凍聚焦離子束掃描電鏡（Cryo-FIB-SEM）和冷凍透射電鏡（Cryo-TEM）觀察了斑馬魚虹膜細胞內天然狀態下膜結構細胞器和晶體的形態與分布，發現晶體首先出現在小于100 nm的細胞器中，然后逐漸生長到長度達到幾微米。作者用冷凍掃描透射電鏡-能譜分析（Cryo-STEM-EDS）分析了細胞器和晶體的元素組成，發現晶體的元素組成符合鳥嘌呤的特征。在此基礎上，作者利用冷凍電子衍射（Cryo-ED）確定衍射圖譜可對應為無水β-鳥嘌呤晶體。隨后，作者通過大量晶體學和光譜學的實驗，將有序鳥嘌呤晶體和富含無序鳥嘌呤的細胞器進行對比，推斷出細胞器內的鳥嘌呤處于質子化狀態。

因此，作者用pH敏感的LysoTracker和LysoSensor染料對虹膜細胞進行了共聚焦成像，發現早期虹膜體酸性更強，隨著晶體長大成熟，其pH逐漸變為中性。隨后，作者使用巴弗洛霉素A1、蘭索拉唑和氯喹等藥物處理斑馬魚幼魚，來破壞細胞器的pH調節功能，并發現抑制酸化會顯著減少鳥嘌呤晶體的形成，但不影響已形成的成熟晶體。因此，作者提出，虹膜體在發育早期處于酸性狀態，允許質子化的鳥嘌呤積累，隨著虹膜體的成熟，其pH值會逐漸向中性轉變，促進鳥嘌呤的去質子化，從而引發結晶。

總之，作者通過晶體學研究和pH成像技術，揭示了斑馬魚虹膜體中鳥嘌呤晶體形成的分子機制。

本文作者：ZCL

責任編輯：LZ

DOI：10.1038/s41589-025-02020-0

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41589-025-02020-0