Cell：首次觀察細胞內的蛋白復合體結構和功能
日期：2017-02-06 09:16:04
當前，研究蛋白納米機器功能的生物學家從細胞中分離出這些復合體，然后利用體外技術在原子水平上觀察它們的結構。或者，他們采用允許在活細胞內對這些復合體進行分析的技術，但是這很少會提供結構信息。在一項新的研究中，來自西班牙、德國和瑞士的研究人員開發出一種新的技術而能夠直接觀察到活細胞中這些蛋白復合體的結構和功能。相關研究結果發表在2017年1月26日那期Cell期刊上，論文標題為“The In Vivo Architecture of the Exocyst Provides Structural Basis for Exocytosis”。
論文通信作者、西班牙巴塞羅那生物醫學研究所研究員Oriol Gallego解釋道，“這些可用的體外技術是非常優秀的，允許我們在原子水平上進行觀察，但是所獲得的信息是有限的。但是如果我們讓發動機解體，僅研究單個零件，那么我們將不會知道它是如何工作的。我們需要觀察組裝在汽車中的這種發動機運轉。在生物學上，我們仍然沒有工具觀察活細胞的內部工作機制，但是我們開發的這種技術是朝著正確方向走的一步，而且如今我們能夠三維地觀察這些蛋白復合體如何執行它們的功能。”
觀察蛋白納米機器在工作
這種新的策略采用了超分辨率顯微技術和計算建模方法。Gallego解釋道，它允許研究人員在5納米的精度下觀察蛋白復合體，這一分辨率比“超分辨率顯微技術所提供的分辨率高4倍，而且允許我們開展之前不可能開展的細胞生物學研究。”
研究人員對細胞進行基因修飾以便在內部構建出人工支持物。在這些支持物表面上，它們能夠附著蛋白復合體。經過設計，這些支持物允許他們調整觀察這些固定的納米機器的角度。隨后，為了確定蛋白復合體的三維結構，他們利用超分辨率技術測量不同組分之間的距離，然后在一種類似全球定位系統使用的過程中將它們進行整合。
胞吐作用（exocytosis）的基本特征
Gallego采用這種方法研究胞吐作用，即細胞用來與細胞外面進行通信的一種機制。比如，神經元通過胞吐作用釋放神經遞質而彼此間進行通信。這項研究允許研究人員揭示出胞吐作用中一種關鍵的納米機器的完整結構。他解釋道，“如今，我們知道這種納米機器是如何由8種蛋白形成的，每種蛋白在其中具有什么重要的作用。這一知識將有助我們更好地理解胞吐作用在癌癥和腫瘤轉移中的作用。”
新研究
鑒于細胞的內部工作機制發生改變能夠導致疾病產生，理解納米機器如何執行它們的細胞功能具有重要的生物醫學意義。利用這種新的策略，研究細胞的蛋白納米機器在健康和疾病中發揮的作用是可能的。比如，科學家有可能觀察病毒和細菌在感染期間如何使用蛋白納米機器，和更好地理解蛋白復合體中的致病性缺陷以便設計新的逆轉它們的治療策略。
這種技術能夠被用來研究相對較大的蛋白復合體。Gallego說，“在5納米的精度下，能夠觀察蛋白復合體是一個巨大的成就，但是在原子水平下觀察細胞內部仍然還有好長的路要走。但是，我認為在未來，將多種方法整合在一起，將每種方法的力量組合在一起，有可能實現這一點。”
