新结构的见解的一个重要组成部分

PSI科学家们揭示的一个重要组成部分的眼睛:一种蛋白质在视网膜的视杆细胞帮助我们看到在昏暗的灯光下。作为细胞膜的离子通道,蛋白质负责传送光信号从眼睛到大脑。如果一个遗传性疾病会破坏分子功能的一个人,他们就会失明。科学家破译蛋白质的三维结构,准备为创新的医学治疗。这项研究发表在《科学》杂志上《自然结构和分子生物》上。

“这是由于视杆细胞在我们的眼睛,我们可以观察夜空的星星,“雅格布马里诺解释说,生物学家和PSI的生物分子研究的实验室。“这些照片细胞对光线很敏感,他们甚至可以检测单个光子到达我们从一个非常遥远的宇宙的一部分——一个真正令人难以置信的壮举。”The ability of our brain to eventually translate these light beams into a visual impression is partly down to the cyclic nucleotide-gated (CNG) ion channels whose three-dimensional structure has now been illuminated by a PSI research group led by Jacopo Marino.

离子通道作为看门人控制特定粒子是否允许通过受体细胞的内部。它是嵌入在富含蛋白质的外壳——细胞膜的视杆细胞。在黑暗中,离子通道,因此细胞门,是完全开放的。但当光线射入眼睛,它引发了一连串的视杆细胞的过程。这最终导致门关闭,结果带正电的粒子,如钙离子,再也不能进入细胞。

这种电化学信号继续通过神经细胞到大脑的视觉皮层,视觉印象——比如一个闪光——创建。“解决这个通道的结构的想法可以追溯到近20年前,当吉哈德Schertler和本杰明•考普已经合作这个话题,“雅格布马里诺说。都是这项新研究的合著者。

耐力得到了回报

博士生黛安·巴瑞特首先必须从牛的眼睛中提取通道蛋白由一个屠宰场——一个复杂和艰巨的过程。“这是一个非常具有挑战性的任务,因为蛋白质是极其敏感的,很快分解。此外,它只有极少量的源材料,”巴雷特解释说。花了整整两年获得足够的蛋白质。“我们都太固执简单地放弃,“雅格布马里诺说,笑了。“但最后固执了。”

随后,科学家们利用低温电子显微镜,揭示离子通道的三维结构。”与先前的研究离子通道的结构,我们调查了天然蛋白存在的眼睛。因此我们更接近真正的条件中存在的生物,”黛安娜·巴瑞特说。

的原因之一的清晰理解通道蛋白质的天然结构重要的是推进发展的治疗遗传疾病没有治愈,如色素性视网膜炎。这种疾病,感光细胞逐渐死亡,让人们盲目的。一个可能的原因是身体无法正确产生天然气通道蛋白由于基因缺陷。因此,离子通道没有完全关闭当光线射入眼睛,破坏细胞的电化学平衡,导致细胞死亡。

“如果我们可以找到影响蛋白质分子的通道将完全关闭,我们可以防止细胞死亡,从而阻止人们失明,“雅格布马里诺解释道。现在,研究人员已经识别的精确结构蛋白质可以搜索专门为分子。

额外的障碍

蛋白质包括四个部分:三个很多单元,一个许多单元b正确运行的离子通道只能在这个组合。在他们的研究中,ψ科学家展示为什么B亚基似乎扮演如此重要的角色:一个侧臂的蛋白质——一个氨基酸突出于其他蛋白质,像一个障碍跨网关。这狭窄的通道通道,离子不能通过。

“没有人希望——这是一个莫大的惊喜,”黛安娜·巴瑞特说。其他狭窄的地方已经存在于一个单元——比如主要网关——以前认为是唯一。有趣的是额外的障碍是发现的蛋白质不仅在牛的眼睛,但似乎适用于所有类型的动物,科学家们就说明了这一点。无论是鳄鱼、鹰还是人类,所有生物离子通道在他们的眼睛有相同的突出的氨基酸在蛋白质的这个职位。保存所以一直在进化过程中,它必须基本功能的通道。

参考:巴雷特DCA, Schertler GFX本杰明·考普U,马里诺j .本机CNGA1 / CNGB1 CNG通道的结构从牛视网膜棒。Nat Struct杂志。2021年。doi:10.1038 / s41594 - 021 - 00700 - 8

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