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Cell发布技术飞跃:使科学家能够研究细胞内蛋白质如何改变形状

  

   

Cell molecules moving

    

单个分子跟随活细胞。当它们改变颜色时,它们就形成了一种新的构象,这是科学家以前无法看到或研究的。图片来源:Hahn/Elston, UNC School of Medicine

了解蛋白质在细胞中如何弯曲、扭曲和变形,对于理解正常生物学和疾病是非常重要的。但由于缺乏对工作中的蛋白质的良好成像方法,对蛋白质动力学的深入了解难以实现。现在,北卡罗来纳大学医学院的科学家们发明了一种方法,可以使这一领域取得巨大的飞跃。

“这是首次开发出一种技,我认为这可能会产生非常大的影响,”该研究的共同资深作者克劳斯·哈恩博士说。

拍摄非常小的东西

这种新方法解决了一个基本问题,即活细胞中的许多分子无法用普通的光学显微镜直接精确地观察到。在蛋白质运作的尺度下,光以巨大的波浪流动,在物体周围弯曲,不能使物体清晰

一种名为FRET 的技术可以将标记对嵌入目标蛋白质中,它们的光会随着蛋白质构象的变化而变化。这使得我们可以研究蛋白质在细胞内变形时的动态变化。但是FRET和其他现有的方法都有局限性,比如荧光信号微弱,这极大地限制了它们的应用。

新的Binder-tag方法“标签”插入的小分子蛋白质使用一个单独的分子结合标记(标记包含蛋白质需要一定的形状或构造),如蛋白质时主动帮助细胞执行特定的功能。在粘合剂和/或标记分子中放置适当的荧光标签,可以有效地让研究人员随着时间的推移,对标记蛋白的特定构象进行成像。

该方法适用于范围广泛的标记,哈恩说,Binder-tag甚至可以更容易地用来制造FRET传感器。此外,选择了结合标记分子,这样细胞内就不会有任何分子与它们发生反应,从而干扰它们的成像作用。

根据哈恩的说法,这是一种强大的技术,原则上可以处理广泛的蛋白质动力学研究,包括研究只在细胞中很少存在的蛋白质。

在《细胞》杂志发布的论文中,这一研究小组讨论了几个原理证明。他们用这种新方法对一种名为Src的重要生长信号蛋白成像,以前所未有的细节揭示它是如何形成微小的活动岛的。这进而使研究人员能够分析影响蛋白质生物学作用的因素。

哈恩说:“通过这种方法,我们可以看到,例如细胞间的微环境差异是如何影响蛋白质的活动的,而且往往影响深远。”

现在,研究人员正在使用这项技术绘制其他重要蛋白质的动态图谱。他们还在做进一步的演示,展示如何定制结合标签,捕获非常多样化的蛋白质结构和功能的动态,而不仅仅是像Src一样工作的蛋白质。

科学家们设想,Binder-tag最终将成为研究正常蛋白质、细胞中更大的多分子结构,甚至与阿尔茨海默病相关的功能失调蛋白质的基本实现技术。

“对于很多与蛋白质相关的疾病,科学家们还不能理解为什么蛋白质开始做错误的事情。那是因为这种技术还没有诞生。”


原文检索:

Biosensors based on peptide exposure show single molecule conformations in live cells

DOI

10.1016 / j.cell.2021.09.026


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