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     时间:2021-04-08 10:05:09  来源:

    大多数人至少可以说出人体的几条骨头,但是对我们细胞内的细胞骨架知之甚少,更不用说赋予其形状的“微管”了。现在,普林斯顿大学的一组研究人员通过准确识别人体如何制造这些微米级的细丝,解决了长期以来的争议。

    使用一种新颖的成像技术,Sabine Petry及其实验室的研究人员能够显示一种名为XMAP215的蛋白质​​,以前仅用于帮助微管生长更快和更长,是创建每个微管核所必需的。他们的工作发表在5月号的自然细胞生物学杂志上。

    Petry实验室的四年级研究生Akanksha Thawani说:“我们的研究表明,细胞中的微管是通过两个分子之间的协作产生的。”“ XMAP215与更大的蛋白质复合物一起起作用,该蛋白质复合物形成环状结构,γ-微管蛋白环复合物(g-TuRC)。”

    论文的资深作者,分子生物学助理教授皮特里说:“微管就像细胞的骨架一样,它们赋予了细胞结构。”“除此之外,通过定位细胞器,它们还可以充当其他部件的高速公路。运动蛋白实际上可以沿着这些微管“行走”。它们确实是细胞生物学的基础。

    30年来,该领域的研究人员已经知道,柱状的微管是由称为“微管蛋白”的砖建造而成的,这种砖是从一个微小的核中生长出来的,大多数人都认为g-微管蛋白是唯一可以形成该核的化合物。

    但是有一个问题,皮特里说。少数成功分离出g-TuRC的研究人员发现,将它们放入试管后,在产生微管核方面表现不佳。

    她说:“ ​​Gamma-TuRC几乎什么也不做。”“它使少数微管成核,但它应该成千上万。”

    多年来,研究人员一直在为此困惑,寻找可以激活或增强g-TuRC的其他因素。现在搜索可能已经结束。

    加利福尼亚大学分子与细胞生物学教授伊娃·诺加莱斯(Eva Nogales)表示:“微管领域已经知道[g-微管蛋白]尚不足,还需要其他未知的因子来充分发挥活性。” -没有参与这项研究的伯克利。“ Petry及其同事的工作现在表明,XMAP215以前被认为是参与微管延长的微管“聚合酶”,它与g-微管蛋白协同作用以促进有效的微管成核。这项工作为我们理解细胞中微管调节的这一关键难题提供了答案。

    这些延时视频显示了添加XMAP215后微管的生长,XMAP215是普林斯顿大学Sabine Petry实验室的研究人员鉴定为微管成核的必要成分的蛋白质。不同的方块显示在添加不同量的XMAP215后微管生长。“烟花”是迅速增长的微管。经过的时间以秒为单位显示,白色比例尺显示10μm。信用:普林斯顿大学

    化学和生物工程专业的研究生Thawani解释说,使他们的研究复杂化是根本看不到微小结构的困难。她说:“细胞在任何时候都有成千上万的这些聚合物,而我们在显微镜下观察这些聚合物的标准方法无法提供良好的分辨率。”

    Petry使用了在大海捞针中寻找针头的经典比喻,她将通过显微镜观察与查看整个干草堆进行了比较。为了解决该问题,她采用了一种称为全内反射荧光(TIRF)显微镜的技术。她没有照亮整个显微样品-整个干草堆-而是只成像了一个100纳米厚的条子。(作为参考,人的头发大约是50,000纳米宽。)

    她解释说:“使用TIRF显微镜,我们不会照亮该层以外的任何东西。”“我们看不到。这就是为什么我们获得更高的信噪比的原因:我们看不到其他与观察结果重叠的东西。因此,我们没有看到仍然在上面的大海捞针,而是看到了玻璃上的针头。...实际上,我们可以看到微管的诞生,可以看到它们的生长,可以看到它们发生了什么……以针的分辨率。”

    一个偶然的发现

    Thawani尚未着手解决为何g-TuRC在试管中表现不佳的奥秘。她曾想用TIRF显微镜观察微管的生长,她希望用XMAP215控制其大小,XMAP215是一种促进微管生长的蛋白质。

    但是,她看到不仅仅是在生长更长的微管,而且还在生长更多的微管。塔瓦尼说:“我们添加了这种蛋白质,并完全产生了微管爆炸。”“这是整个过程中最令人振奋的工作之一。”

    皮特里说:“目的只是研究这些“烟花”的形成方式。“所以阿肯色沙想把它们做大是偶然的事,但是后来她看到了……”哦,天哪,还有更多的微管!她之所以可以看到更多的微管形成,是因为我们开发了这种成像和提取功能。这就是为什么以前没有人看到它的原因。

    他们的团队表明,在试管中看到了相同的现象,其中g-TuRC与XMAP215一起产生了微管。这主要是Ratry Kadzik的贡献,Rachel Kadzik是Petry实验室的博士后研究员,也是论文的第一作者,他纯化了g-TuRC,并与Thawani一起纯化了XMAP215。G-TuRC是一种由44种蛋白质组成的复合物,自发现以来的30年中,事实证明纯化和研究非常困难。

    使用每种蛋白质的纯提取物,Petry的团队能够看到在试管中,没有一种蛋白质可以在没有另一种的情况下使微管成核。“如果将XMAP215取出,则不会形成单个微管。如果将g-微管蛋白取出,则不会形成单个微管。”

    他们的发现需要Thawani和Kadzik的实验相结合,并用Petry的TIRF显微镜成像技术进行观察。佩里说:“这很有趣。”“瑞秋(Rachel)来自发育生物学,再到化学,然后阿肯莎(Akanksha)从工程学到生物化学,所以在一起,他们是超级团队。”

    XMAP215是一种微管成核因子,与Akanksha Thawani,Rachel Kadzik和Sabine Petry的γ-微管蛋白环复合物具有协同作用,该论文发表在5月号的自然细胞生物学上。

     

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