最小的肌动蛋白丝透露的细节
肌动蛋白丝蛋白纤维构成的内部细胞的骨架。作为活跃的元素的细胞,肌动蛋白细丝支持细胞的融合,运动和其他参与许多细胞过程。重要的是,他们也有肌肉细胞的主要成分。这些纤维的结构复杂性吸引科学家发现在1940年代以来,打开了一片悬而未决的问题背后的能力促进细胞的许多过程。
第一次,马克斯普朗克研究所的研究人员在多特蒙德分子生理学,德国,已经成功能够可视化数以百计的肌动蛋白丝的水分子,代表一个量子飞跃肌动蛋白的研究。使用低温电子显微镜技术(低温电子显微镜),集团(Stefan Raunser前所未有的详细地揭示了肌动蛋白的蛋白质是如何安排在一起,灯丝,ATP -细胞的能量来源如何坐在蛋白质的口袋里,而单个水分子定位和与ATP反应。
“我们生活的回答基本问题,几十年来科学家们一直在试图回答”,言论Raunser。在真核细胞中,肌动蛋白蛋白质丰富,倾向于聚集在一起(聚合)成细丝。这些细丝组成网络,构成细胞的细胞骨架,通过运动控制各种细胞过程。免疫细胞,例如,使用肌动蛋白细丝和狩猎细菌和病毒。研究人员已经知道细丝的动力是由ATP水解ATP与水的反应,劈开一个磷酸基,生成能量。以前一直没有答案,然而,这背后的确切分子细节过程。
太灵活,太大?——不是为低温电子显微镜
肌动蛋白丝太灵活或x射线结晶和核磁共振太大,低温电子显微镜已经获得的唯一技术可行的详细图像。2015年,Raunser团队使用低温电子显微镜图片小说三维原子模型的细丝,分辨率为0.37纳米。2018年,他的研究小组描述了三个不同的州,肌动蛋白丝蛋白获得:绑定到ATP,绑定到ADP的磷酸裂解,绑定后ADP磷酸盐的释放。
水分子如何移动
在当前的研究中,Raunser和他的同事们能够设置一个新的分辨率记录:他们获得所有三个actin-states约0.2纳米的分辨率,使以前看不见的细节可见。三维地图不仅显示所有氨基酸sidechains的蛋白质,也揭示了数以百计的水分子被放置的地方。通过比较这些新的结构和孤立的肌动蛋白,他们能够推断水分子如何移动。聚合后,水分子ATP口袋里安置在这样一种方式,只有单个水分子仍然在ATP面前,准备攻击一磷酸水解。精度通过这种方法可以帮助该领域的进一步研究:“我们的高分辨率模型可以推动科学家在设计小分子光学显微镜研究组织,并最终在治疗应用程序”,Raunser说。
开门器! ?
作者还阐明了磷酸的最终命运。以前,科学家们相信有后门的ATP的口袋之后,仍然保持打开ATP水解磷酸的促进出口。然而,新的低温电子显微镜结构显示没有一丝打开后门。因此,释放机制仍是一个谜。“我们认为有一扇门,但这可能打开瞬间”,评论Raunser,现在想用数学模拟和时间分辨低温电子显微镜方法证明是多么磷酸出口。显然,这些令人兴奋的发现为科学家打开了门深入,以期发现更多细节背后的肌动蛋白丝的过程有助于细胞的运动。
参考:Oosterheert W, Klink BU, Belyy Pospich年代,Raunser S结构肌动蛋白丝装配和老化的基础。自然。2022:1-6。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 05241 - 8
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