您现在的位置是: 首页 > 新闻频道金融

冷冻电子显微镜显示维持细胞膜的蛋白质结构

  • 2019-07-03 09:36:35

使用尖端电子显微镜,奥胡斯大学的研究人员已经确定了脂质翻转酶的第一个结构。这些发现提供了对细胞如何工作和保持健康的基础知识的更好理解,并最终增加了我们对阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病的认识。

所有细胞都被细胞膜包围,细胞膜限定并保护细胞内部不受外界影响。该膜由称为脂质的两层脂肪组成,并且膜的两侧之间特定类型的脂质的分布对于细胞保持健康并且动态地起作用是非常重要的。由于脂质翻转酶是一种膜蛋白,它们位于细胞膜中,它们对膜的性质非常重要,它们将脂质从细胞膜的外部移动到内层。

研究人员研究了脂质翻转酶Drs2 / Cdc50,它存在于酵母细胞中,在那里它主动将脂质从细胞膜的一侧移动到另一侧。在人类的许多变体中发现了类似的蛋白质,其中它们还与脑细胞中非常活跃的过程相关联,因此与神经疾病和痴呆症(例如阿尔茨海默病)的中心机制相关。

蛋白质大致由长链氨基酸组成,折叠成对其功能至关重要的三维结构。蛋白质分子的3-D结构的实验测定需要先进的技术,并且通常是一个巨大的挑战 - 特别是对于极难处理的膜蛋白。

由于蛋白质太小,不可能定期拍摄蛋白质照片,但凭借低温电子显微镜技术,奥胡斯大学Poul Nissen教授研究小组的一组研究人员成功地确定了Drs2的三维结构。 / Cdc50通过拍摄数十万个“电子照片”的分子。这是有史以来第一次有人确定这个重要的蛋白质家族的结构,脂质翻转,结果刚刚发表在世界领先的杂志“自然”杂志上。

超过10年的工作高潮

通过新出版物,超过10年的重点工作最终为Poul Nissen研究小组的学生和研究人员带来了高潮,他们还参与了巴黎 - 萨克莱大学和法兰克福马克斯普朗克生物物理研究所的合作伙伴。

“参与该项目的最后部分非常棒,看到结果落实到位,突然能够解释几年来发现的观察结果,现在它们给了我们全新的见解,”博士说。学生Milena Timcenko,他与助理教授Joseph Lyons一起致力于确定过去四年Drs2 / Cdc50的结构。

Joseph Lyons补充说:“最终第一次看到这些膜蛋白结构是很棒的。现在开始将这些转运蛋白的工作原理拼凑起来很有趣。成为一个令人惊奇的发展。”

冷冻电子显微镜意味着蛋白质在超薄层中冷却至-170°C,然后用强大的电子束“X射线”并在图像芯片上形成小阴影。

“这有点像你在医院接受X光检查,只用电子而不是X射线,放大了近15万次,”Milena Timcenko说。“蛋白质分子最好完全不动,以获得清晰的图像,而寒冷的温度可以保护蛋白质免受300,000伏电压触发的强大电子束的破坏。这就是我们冷却它们的原因。诀窍是冻结样品足够快,不会形成冰晶,并且在一层足够薄的层中,蛋白质不会相互遮蔽。我们在奥胡斯已经相当擅长。“

结果引起了国际上的广泛关注

通过组合成千上万的图像,其中在所有可能的随机方向上观察到蛋白质,可以将3-D图像组合在一起,从而允许人们建立蛋白质分子的模型,原子与原子一起,具有数千个原子。该模型有助于基本了解脂质翻转酶的工作原理,因此可以解释由该蛋白质家族突变引起的一些疾病。这意味着三维结构发生了微小的变化,研究人员现在可以描述这些变化的影响。

这是丹麦第一次通过冷冻电子显微镜确定一种全新的膜蛋白结构,其结果引起了国际上的广泛关注。大型数据集的工作也是通过努力发展该地区的研究基础设施而实现的,该地区经过多年的工作,现已在奥胡斯实施。

Poul Nissen教授对这一发展非常满意:“凭借这种研究基础设施和低温电子显微镜专业知识的强大增长,我们处于世界竞争的前沿,在分子水平上了解细胞生物学,药物和生物技术的新知识和机会。这使我们能够保持和发展丹麦在结构生物学方面的竞争地位。我们很快在研究和创新部的基础设施计划的支持下扩大了显微镜设施,因此可以为所有丹麦大学,工业和初创公司的研究团队提供访问。这对于我们发现物理,化学,生物学和医学相互作用的新机制以及开发新的创新技术至关重要。“

Top