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尖端技术揭示了细胞内的结构

-196摄氏度的温度可对电池内部进行高分辨率成像。奥地利科学技术研究院(IST)的研究人员因此能够首次证明蛋白质复合物的活性形式如何在细胞运动和其他重要的生物学功能中起关键作用。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

许多细胞不断运动。有些人从A迁移到B,以治愈伤口或在前沿的小“脚”的帮助下抵抗病原体,即所谓的lamellipodia。这些细小的延伸部分被向前推动并结合到表面,而其余的单元则被拉动。在这些脚内是交织的蛋白质线的密集网络,称为肌动蛋白丝,形成细胞的细胞骨架。迄今为止,目前还不清楚如何Arp2 / 3复合,组件7克的蛋白质为重要的细胞运动性,芽关闭新的肌动蛋白从预现有的细丝,因此形成致密的,支化的网络中提供所需要的突出力到电池中。

艰难的选择

到目前为止,科学家们不得不决定何时要分析Arp2 / 3复合物的结构:一种选择是对其进行单独研究,其中蛋白质复合物处于无活性构象,因此无法理解其网络结构。形成。为了被完全激活,Arp2 / 3复合物需要与肌动蛋白丝结合。这就需要使用一种称为电子断层扫描的方法,其代价是分辨率要低得多。“在试管环境中,与肌动蛋白细丝结合的Arp2 / 3配合物的先前电子断层扫描数据太不精确,因此不可能明确地指出该配合物的各个元素必须位于何处,”博士后FlorianFäßler解释说。 IST奥地利教授Florian Schur小组。

两年多来,他一直在寻找一种在自然环境中观察蛋白质复合物的方法,以便可以精确地分析各个结构。现在,他已经成功地进行了成像,以其活跃的肌动蛋白结合构象对小鼠细胞层状脂膜内的复合物进行成像。

“我们对自己说:好吧,我们要进入环境更复杂的细胞,因为不仅有蛋白质复合物和肌动蛋白丝,而且还有各种各样的其他东西。但这是唯一的方法。我们能够以可以确定其结构的方式来维护该网络。”分子生物学家Florian Schur说道。

-196摄氏度的温度使这成为可能。在几毫秒内,研究人员将样品冻结-太快以至无法形成冰晶,这将破坏细胞的精细结构。然后,他们使用了现有的最强大的低温电子显微镜之一,并且是奥地利唯一的此类显微镜,使用低温电子层析成像技术从不同角度对细胞进行成像。这样做,研究小组收集了足够的数据,以对处于活动状态的10,000多个Arp2 / 3复合物进行3-D重建。然后结合先进的图像处理,他们以小于1纳米的分辨率生成了Arp2 / 3复合物的3-D模型。为了进行比较,人的头发大约是50,000纳米厚。

“我们现在能够相对精确地描述蛋白质复合物及其亚基的结构,以及它们如何在先前活细胞的层状脂质体内部形成肌动蛋白丝网络,” FlorianFäßler说。舒尔补充说:“五年前,可能没人会想到可以做到这一点。”

达到极限

由于先进的方法,研究小组驳斥了一个较早的模型,该模型假定Arp2 / 3复合物和肌动蛋白丝之间的连接面积更大。但是,科学家们证实了该复合物如何调控并形成新的肌动蛋白丝的其他方面。有了这些知识,其他科学家现在可以更好地了解这种重要的蛋白质复合物在细胞运动和疾病发展之外的多种作用中的调控和活性。

“我们所做的就是在方法和分辨率方面尽可能地利用此类复杂的样品。在当前的分辨率下,我们获得了新的生物学见解,但在方法论上也证明了这是可能的,舒尔说。弗洛里安·法斯勒(FlorianFäßler)现在希望进一步改进该方法,以可视化其他蛋白质,并探索该方法可以使我们看到细胞内部的距离。舒尔说:“我们才刚刚开始意识到冷冻电子断层扫描的全部潜力。”

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