2月19日科學家獲得第一張肌肉蛋白的高分辨率 3D 圖像

心臟和骨骼肌作為可靠的生物機器的功能歸功于它們最小的收縮結構，即肌節(jié)的組裝，具有非凡的精度。產生將血液輸送到所有器官并實現(xiàn)身體運動的能力——從呼吸到短跑——這些肌肉需要數(shù)百萬種蛋白質成分的協(xié)調組裝，這些蛋白質成分由人體最大的蛋白質——巨大的“統(tǒng)治者”——titin 、 nebulin 和 obscurin。

由于它們的體積很大，研究這些蛋白質充滿了技術挑戰(zhàn)?？茖W家們現(xiàn)在使用尖端的電子顯微鏡技術獲得了 nebulin 的第一張高分辨率 3D 圖像，nebulin 是一種巨大的肌動蛋白結合蛋白，是骨骼肌的重要組成部分。這一發(fā)現(xiàn)使我們有機會更好地了解 nebulin 的作用，因為它的功能由于其較大的尺寸和難以從肌肉中提取天然狀態(tài)下的 nebulin 而一直保持模糊。

基礎與醫(yī)學生物科學學院院長 Mathias Gautel 教授、Ay Lin Kho 博士和由 Stefan Raunser 領導的 Max Planck 研究小組使用電子冷凍斷層掃描技術以令人印象深刻的細節(jié)破譯了 nebulin 的結構。他們的發(fā)現(xiàn)可能會導致治療肌肉疾病的新治療方法，因為nebulin 的基因突變伴隨著肌肉力量的急劇下降，稱為線蟲肌病。

骨骼肌和心臟肌肉在肌球蛋白和肌動蛋白的平行細絲滑動時收縮和放松。Nebulin 是另一種細長的蛋白質，僅存在于骨骼肌中，與肌動蛋白配對，通過一系列稱為重復的類似結構穩(wěn)定和調節(jié)肌動蛋白。編碼 nebulin 的基因突變會產生異常的 nebulin，從而導致線蟲肌病，這是一種無法治愈的神經肌肉疾病，具有不同程度的嚴重程度，從肌肉無力到語言障礙和呼吸問題。

了解 nebulin 的結構以及它與肌動蛋白的相互作用可能對于開發(fā)新療法至關重要。在這項研究中，研究人員能夠通過使用一種稱為電子冷凍斷層掃描 (cryo-ET) 的強大顯微鏡技術直接在其原生環(huán)境肌肉中觀察肌球蛋白和肌動蛋白。使用倫敦國王學院蘭德爾細胞與分子生物物理中心實驗室優(yōu)化的程序，對與人類肌肉非常相似的小鼠肌肉進行了實驗。引人注目的是，心肌肌動蛋白絲表明明顯不存在 nebulin。

研究結果表明，每個 nebulin 重復與一個肌動蛋白亞基結合，證明了 nebulin 作為一個標尺的作用，它可以對肌動蛋白絲的長度進行分級。每個 nebulin 重復與每個相鄰的肌動蛋白亞基相互作用，這解釋了它作為穩(wěn)定劑的作用。最后，科學家們提出，nebulin 可以通過與另一種稱為肌鈣蛋白的蛋白質相互作用來調節(jié)肌動蛋白和肌球蛋白的結合，從而調節(jié)肌肉收縮。

在他們最近的成功的推動下，該小組現(xiàn)在將專注于揭示肌球蛋白調節(jié)的結構細節(jié)，即肌肉的運動絲。這些發(fā)現(xiàn)最終可以幫助描繪骨骼和心肌收縮背后復雜細節(jié)的全貌。

該研究發(fā)表在《科學》雜志上。

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