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强大的显微镜捕获纳米支架的第一张图像 促进细胞运动

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-04-09浏览次数:908

很多时候我们的细胞需要移动。移动细胞引导我们身体的形成(胚胎发育)。免疫细胞漫游以捕获不想要的入侵者。并且愈合细胞(成纤维细胞)迁移以修复伤口。但并非所有运动都是可取的:当癌细胞在整个身体内获得运动功能(转移)时,肿瘤是最危险的。某些细菌和病毒可以利用细胞运动的机制侵入我们的身体。了解细胞如何移动 - 以及驱动该过程的杆状肌动蛋白丝 - 是学习如何停止或促进运动以改善人类健康的关键。

现在,使用世界上最强大的显微镜之一,来自Sanford Burnham Prebys医学发现研究所(SBP)和北卡罗来纳大学UNC-Chapel Hill的科学家发现了一种致密,动态且无组织的肌动蛋白丝纳米支架 - 类似在大海捞针 - 响应分子信号诱导。这是研究人员首次在视觉上观察到在分子水平上响应细胞信号的结构 - 这一重要发现扩展了我们对细胞如何移动的理解。该研究结果发表在美利坚合众国国家科学院(PNAS)。

“细胞电子显微镜正在彻底改变我们对细胞内部运作的理解,”该论文的高级作者,SBP的生物信息学和结构生物学教授Dorit Hanein博士说。 “这项技术使我们能够收集细胞区域的强大3D图像 - 类似于MRI,可以创建我们身体的详细图像。我们能够以自然状态显示细胞,从而显示出前所未有的肌动蛋白纳米细胞结构。 “

在这项研究中,科学家们使用了SBP的低温电子显微镜(Titan Krios)、人工智能(AI)和定制的计算和细胞成像方法,用荧光rac1(一次标记的蛋白质光图像)对小鼠成纤维细胞的纳米级图像进行了比较。调节细胞运动、对力或应变的反应(机械感应)和病原体入侵。这一技术复杂的工作流程高达5个数量级(数十微米到几纳米)需要数年时间才能发展到目前的稳健性和准确性水平,并且已经通过结构生物学家团队成为实验和计算的对象。五月。SBP和北卡罗来纳州教堂山的生物传感器小组。

图片显示了由短肌动蛋白棒组成的密集、无组织、脚手架状结构。这些结构出现在特定区域,当rac1信号停止时,rac1被激活并迅速消散-仅2.5分钟。这种动态支架与低rac1激活区的各种其他肌动蛋白成分形成了鲜明的对比,有些肌动蛋白是由肌动蛋白的长的、排列整齐的条和一些短的肌动蛋白组成的,这些肌动蛋白是从长肌动蛋白丝的两侧分支出来的。木棒组成。肌动蛋白复合支架的体积缺乏核糖体、微管、小泡等常见的细胞结构,这可能是由于结构的高密度所致。

这篇论文的共同作者、SBP生物信息学和结构生物学教授Niels Volkmann博士说:“实验后的实验发现了与rac1激活相关的区域中未对齐、密集的肌动蛋白棒的独特热点,我们对此感到惊讶。”逻辑。”我们认为这种疾病实际上是支架的强度它可以灵活地提供多功能性,以建立更大、更复杂的肌动蛋白丝结构,以响应其他局部空间线索。

接下来,科学家希望扩展该协议,以便可视化更多为响应其他分子信号而创建的结构,并进一步开发该技术以允许进入细胞的其他区域。

“这项研究只是一个开始。现在我们开发了这种定量纳米级工作流程,将动态信号传导行为与电子冷冻断层扫描的纳米级分辨率相关联,我们和其他科学家可以实施这种强大的分析工具。不仅可以破译内部工作原理。细胞运动,但也用于阐明在未受干扰的细胞环境中许多其他大分子机器的动力学,“Hanein说。

“肌动蛋白是一种结构蛋白;它与超过150种肌动蛋白结合蛋白相互作用,产生多种结构,每种结构都具有独特的功能。我们有更多不同的信号,我们认为要绘制,你甚至可以更深入地了解细胞如何移动。“