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细胞火车轨道畸形揭示神经系统疾病

研究人员可以利用一种新技术测试微小的火车轨道样细胞蛋白的变形如何影响其功能。这些发现可以阐明畸形的“微管”在颅脑外伤和帕金森氏症等神经系统疾病中的作用。

微管是管状蛋白,就像火车轨道一样,其他细胞蛋白在运输分子货物时也会随之移动。在某些疾病中,它们会变形,从而影响运输过程。但是科学家们还没有开发出可以让他们进行适当研究的实验装置。

在ACS Applied Bio Materials上发表的研究中,北海道大学的生物物理学家Akgo Kakugo及其同事开发了一种新技术,该技术可以控制微管变形并观察其对运输功能的影响。

微管被蛋白质锚定在弹性的“微拉伸器”上。当拉紧微拉伸机时,微管平行于未变形的表面。逐渐放松微拉伸器会导致微管弯曲。

科学家将称为动力蛋白的运动蛋白附着在微管上。在细胞内部,动力蛋白看起来像是在搬运货物时沿着微管行走。在实验中,将动力蛋白与荧光物质偶联。然后,科学家观察了微拉伸器的拉伸和放松如何影响沿微管的动力蛋白的运动。

他们发现,当微管开始弯曲时,动力蛋白的移动速度更快,但只能达到一定程度。一旦屈曲应变达到25%,运动的蛋白质及其货物就开始减速。当微管进一步弯曲时,它们显示完全停止。科学家们还注意到,运动速度沿着带扣微管的不同部分变化。

研究人员认为,这些改变的微管动力学可以构成其在调节众多细胞活动中作用的基础。他们接下来希望研究微管变形如何影响另一种运动蛋白(称为驱动蛋白)在其表面的运动。

一段显示达因货物运输的视频。图片来源:Syeda Rubaiya Nasrin,Tanjina Afrin等人,ACS Applied Bio Materials

Kakugo说:“我们的实验装置使我们能够研究微管的变形与其生物学功能之间的关系。” “我们对这一过程的了解越多,我们就越可能设计出可以以类似方式起作用的,受自然启发的新材料。”

研究小组的Syeda Rubaiya Nasrin补充说:“研究结果还有望帮助解释机械性应激细胞的外伤性脑损伤的病理学以及亨廷顿氏病和帕金森氏病等神经系统疾病,其中微管已知会发生故障。”

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