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在細(xì)胞內(nèi)工作的納米機(jī)器的第一次三維觀察

2019-01-05 09:53:20 ? 來源：

目前，研究蛋白質(zhì)納米機(jī)器功能的生物學(xué)家將這些復(fù)合物分離到試管中的細(xì)胞外，然后應(yīng)用體外技術(shù)，使它們能夠觀察到它們的結(jié)構(gòu)，直至原子水平?；蛘?，他們使用的技術(shù)允許在活細(xì)胞內(nèi)分析這些復(fù)合物，但幾乎沒有結(jié)構(gòu)信息。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們直接觀察了活細(xì)胞中蛋白質(zhì)機(jī)制的結(jié)構(gòu)和功能。

“現(xiàn)有的體外技術(shù)非常出色，可以讓我們在原子水平上進(jìn)行觀察，但所提供的信息是有限的。如果我們將它拆開并只查看各個部分，我們就不會知道發(fā)動機(jī)是如何工作的。我們需要看到發(fā)動機(jī)裝在車內(nèi)并運(yùn)行。在生物學(xué)方面，我們?nèi)匀粵]有工具來觀察活細(xì)胞的內(nèi)部運(yùn)作，但我們開發(fā)的技術(shù)是朝著正確的方向邁出的一步，我們現(xiàn)在可以看到， 3-D，蛋白質(zhì)復(fù)合物如何發(fā)揮其功能，“IRB巴塞羅那研究員兼研究小組協(xié)調(diào)員Oriol Gallego解釋說，該研究還涉及博士生Irene Pazos。

看著納米機(jī)械在工作

新策略使用超分辨率顯微鏡和計(jì)算建模的方法。該技術(shù)使研究人員能夠以5納米的精度觀察蛋白質(zhì)復(fù)合物，其分辨率“比超分辨率提供的分辨率高4倍，這使我們能夠進(jìn)行以前不可行的細(xì)胞生物學(xué)研究，”Gallego解釋說。

研究人員對細(xì)胞進(jìn)行遺傳修飾，以便在其內(nèi)部構(gòu)建人工支持物，從而可以錨定蛋白質(zhì)復(fù)合物。這些支撐物以這樣的方式設(shè)計(jì)，即允許它們調(diào)節(jié)觀察固定的納米機(jī)械的角度。然后，為了確定蛋白質(zhì)復(fù)合物的3-D結(jié)構(gòu)，他們使用超分辨率技術(shù)測量不同組分之間的距離，然后將它們整合到類似于GPS使用的過程中。

胞吐作用的基本特征

Gallego已經(jīng)使用這種方法來研究胞吐作用，這是細(xì)胞用于與細(xì)胞外部通信的機(jī)制。例如，神經(jīng)元通過胞吐作用釋放神經(jīng)遞質(zhì)而相互通信。這項(xiàng)研究使科學(xué)家們能夠揭示出一種關(guān)鍵的納米機(jī)器在胞吐作用中的整個結(jié)構(gòu)，直到現(xiàn)在才是神秘的。“我們現(xiàn)在知道這種由八種蛋白質(zhì)組成的機(jī)器是如何起作用的，以及每種蛋白質(zhì)的重要??作用。這些知識將有助于我們更好地理解胞吐作用在癌癥和轉(zhuǎn)移過程中的作用，其中納米機(jī)器被改變， “他解釋道。

了解納米機(jī)器如何實(shí)現(xiàn)其細(xì)胞功能具有生物醫(yī)學(xué)意義，因?yàn)閮?nèi)部運(yùn)作的改變可導(dǎo)致疾病的發(fā)展。通過這種新策略，可以研究健康和疾病中的細(xì)胞蛋白質(zhì)機(jī)制。例如，有可能看到病毒和細(xì)菌在感染過程中如何使用蛋白質(zhì)納米機(jī)器，并更好地了解導(dǎo)致疾病的復(fù)合物中的缺陷，以便設(shè)計(jì)出可逆轉(zhuǎn)它們的新治療策略。

該技術(shù)可用于相對較大的復(fù)合物。“能夠看到5納米的蛋白質(zhì)復(fù)合物是一項(xiàng)偉大的成就，但是在體外技術(shù)允許的原子尺度上觀察細(xì)胞內(nèi)部還有很長的路要走，”加勒戈說。“但我認(rèn)為未來在于整合各種方法并結(jié)合每種方法的力量。”

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