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Cell:精确定位肌肉蛋白间相互作用的模型分子基础

2017-2-13 12:09| 发布者: 编辑| 查看: 122| 评论: 0

Cell:精确定位肌肉蛋白间相互作用的模型分子基础

肌球蛋白和肌动蛋白纤维的相互作用控制着肌肉收缩及许多其他肌肉运动。另外两种蛋白,原肌球蛋白和肌钙蛋白调节肌球蛋白与肌动蛋白的结合。尽管有理论模型详细描述了这些肌肉蛋白的相互作用机制,但此前人们还没有具体观察到这一相互作用。德国马普分子生理学研究所的Stefan Raunser和Elmar Behrmann成功对肌动蛋白-肌球蛋白-原肌球蛋白复合体进行了高精度成像,达到了前所未有的高分辨率Å,该文章发表在Cell杂志上。

这项研究使研究人员能够首次精确定位该复合体中的蛋白,并对肌肉收缩的过程进行分析。研究还能帮助人们了解一些心脏病中的遗传学突变对肌动蛋白-肌球蛋白-原肌球蛋白复合体的影响。

肌肉的基本功能单位被称为肌小节,由肌动蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白组成。肌肉收缩时,肌球蛋白要能够与纤维状的肌动蛋白分子一同滑动。此时原肌球蛋白与肌钙蛋白共同作用,通过控制肌球蛋白结合肌动蛋白的时机来调节肌肉收缩。而在静止状态,原肌球蛋白和肌钙蛋白阻断肌球蛋白在肌动蛋白纤维上的结合位点。这时肌球蛋白头部成90度角。只有在钙流入调控蛋白后,肌动蛋白纤维上的结合位点才暴露出来。肌球蛋白的头部与这一位点结合,并改变自身构象以铰链式扭转,从而拉动肌动蛋白。随着一个又一个肌肉纤维的滑动,肌小节缩短,肌肉收缩。

德国马普分子生理学研究所的科学家首次揭示了这一模型的分子基础,肌肉蛋白相互作用的细节。Stefan Raunser及其同事在冷冻电子显微镜技术的帮助下,获得了肌肉结构元件的准确信息。“这是了解肌肉功能结构中各蛋白之间相互作用的重要一步,”Raunser说。

研究人员确定了肌球蛋白结合的情况下,原肌球蛋白在肌动蛋白纤维上的准确定位。肌动蛋白-肌球蛋白-原肌球蛋白复合体的精确图像显示,实际上是肌动蛋白给肌球蛋白带来了构象改变。研究人员将这一图像与其他状态下的肌球蛋白结构相比较,描述了肌肉收缩时肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用。“可以说,我们为生化学家们绘制了一张图,能帮助他们理解肌肉运动的过程和事件发生的顺序”, Raunser解释道。

该研究也具有很高的医学价值。心脏是人体最重要的肌肉组织,如果心脏的功能稍有差池,其结果可能是致命的。心脏的功能故障常常与点突变相关。马普所研究人员得到的显微图像使人们得以首次识别并定位这些遗传学突变。 “定位这些突变是研发此类心脏疾病药物的基础,”Stefan Raunser说。


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