追踪细胞心脏中的蛋白质

  细胞必须向其内部细胞器提供所需的所有能量元素,这些能量元素在高尔基体中形成,是脂质和蛋白质的成熟和再分布的中心。但是,携带这些货物的蛋白质(驱动蛋白)如何在细胞的“道路网络”中找到它们的方式和方向,从而将它们运送到正确的位置呢?瑞士日内瓦大学(UNIGE)的化学家和生物化学家发现了一种荧光化学染料,并首次追踪了特定运动蛋白在细胞内的转运活性。研究结果发表在《自然通讯》上。

追踪细胞心脏中的蛋白质

  UNIGE理学院有机化学系教授尼古拉斯·温辛格(Nicolas Winssinger)表示:“这一切都始于一项未按计划进行的研究。” “最初,我们想开发一种分子,使其能够可视化细胞的应力水平,即当它积累过量的活性氧时。在实验过程中,该分子没有作用,但结晶了。为什么结晶这些晶体是什么?

  提出了三个假设,研究小组与UNIGE科学学院生物化学系教授Charlotte Aumeier进行了验证。第一个假设表明结晶是由于微管聚合。Aumeier解释说:“微管是小的刚性管,可以生长或收缩,并构成允许分子在细胞周围移动的'道路网络'。” 第二个假设表明高尔基体对该化学反应负责。最后一种可能性表明,晶体是驱动蛋白在细胞内移动时,微管中驱动蛋白产生的微小步伐的结果。

  为了验证这些不同的选择,UNIGE团队与美国贝塞斯达的国立卫生研究院(NIH)合作,后者专门研究电子显微镜。夏洛特·奥梅耶(Charlotte Aumeier)解释说:“我们首先重建了纯化的微管,这需要14个小时。” “我们从细菌中分离了驱动蛋白,即在微管上移动并运输货物的运动蛋白。” 然后,科学家将约20种不同的混合物混合在一起,这些混合物含有小分子QPD,这些小分子QPD系统存在于晶体中,并观察到哪种溶液有效。“我们想知道形成晶体所需的物质。微管?驱动蛋白?还有另一种蛋白质?” 问尼古拉斯·温辛格。

  经过实验,研究小组发现这些晶体的形成是由细胞中存在的45种驱动蛋白之一引起的。温辛格说:“驱动蛋白在微管上的每一小步,都会消耗能量,从而留下由QPD分子识别的痕迹。” 正是基于这种认识,形成了晶体。这样,通过驱动蛋白的传递,化学上就将晶体留在了晶体上,科学家们可以追踪到。

  开辟新的研究领域

  Aumeier说:“直到现在,仍无法追踪特定的蛋白质。利用当前的技术,我们无法分离单个驱动蛋白,因此我们无法确切地了解它们所采取的路径。” “由于我们新型化学荧光染料的开发,我们可以详细观察蛋白质的行为,途径,方向甚至首选路径。” 科学家们首次可以可视化运动蛋白的行走路径,并研究细胞中货物运输活动和分布的基本问题。

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