Cell：精確定位肌肉蛋白
日期：2012-07-26 08:02:37
肌球蛋白和肌動蛋白纖維的相互作用控制著肌肉收縮及許多其他肌肉運動。另外兩種蛋白，原肌球蛋白和肌鈣蛋白調節肌球蛋白與肌動蛋白的結合。盡管有理論模型詳細描述了這些肌肉蛋白的相互作用機制，但此前人們還沒有具體觀察到這一相互作用。德國馬普分子生理學研究所的Stefan Raunser和Elmar Behrmann成功對肌動蛋白-肌球蛋白-原肌球蛋白復合體進行了高精度成像，達到了前所未有的高分辨率0.8Å，該文章發表在Cell雜志上。
這項研究使研究人員能夠首次精確定位該復合體中的蛋白，并對肌肉收縮的過程進行分析。研究還能幫助人們了解一些心臟病中的遺傳學突變對肌動蛋白-肌球蛋白-原肌球蛋白復合體的影響。
肌肉的基本功能單位被稱為肌小節，由肌動蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白組成。肌肉收縮時，肌球蛋白要能夠與纖維狀的肌動蛋白分子一同滑動。此時原肌球蛋白與肌鈣蛋白共同作用，通過控制肌球蛋白結合肌動蛋白的時機來調節肌肉收縮。而在靜止狀態，原肌球蛋白和肌鈣蛋白阻斷肌球蛋白在肌動蛋白纖維上的結合位點。這時肌球蛋白頭部成90度角。只有在鈣流入調控蛋白后，肌動蛋白纖維上的結合位點才暴露出來。肌球蛋白的頭部與這一位點結合，并改變自身構象以鉸鏈式扭轉，從而拉動肌動蛋白。隨著一個又一個肌肉纖維的滑動，肌小節縮短，肌肉收縮。
德國馬普分子生理學研究所的科學家首次揭示了這一模型的分子基礎，肌肉蛋白相互作用的細節。Stefan Raunser及其同事在冷凍電子顯微鏡技術的幫助下，獲得了肌肉結構元件的準確信息。“這是了解肌肉功能結構中各蛋白之間相互作用的重要一步，”Raunser說。
研究人員確定了肌球蛋白結合的情況下，原肌球蛋白在肌動蛋白纖維上的準確定位。肌動蛋白-肌球蛋白-原肌球蛋白復合體的精確圖像顯示，實際上是肌動蛋白給肌球蛋白帶來了構象改變。研究人員將這一圖像與其他狀態下的肌球蛋白結構相比較，描述了肌肉收縮時肌球蛋白和肌動蛋白的相互作用。“可以說，我們為生化學家們繪制了一張圖，能幫助他們理解肌肉運動的過程和事件發生的順序”， Raunser解釋道。
該研究也具有很高的醫學價值。心臟是人體最重要的肌肉組織，如果心臟的功能稍有差池，其結果可能是致命的。心臟的功能故障常常與點突變相關。馬普所研究人員得到的顯微圖像使人們得以首次識別并定位這些遺傳學突變。 “定位這些突變是研發此類心臟疾病藥物的基礎，”Stefan Raunser說。
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