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科学家找到研究蛋白质运动的方法
日期:2019年11月12日 07:38     

  蛋白质是我们身体的主力军。它们使我们的器官保持运转,调节细胞,还是治疗包括癌症和神经系统疾病在内的多种疾病的药物靶点。蛋白质需要移动才能发挥作用,但科学家对这种速度低于纳秒的蛋白质运动仍然知之甚少。
  造成这种情况的原因在于:蛋白质有时移动过缓,以至于科学家用来观察的一些关键技术无法捕捉到蛋白质的运动。但其实这些蛋白质移动得非常快,在纳秒到微秒级。在近日这项研究之前,研究人员只能观察到超过1纳秒的蛋白质运动。
  近日发表在Science Advances上的研究改变了这一现状。来自美国俄亥俄州立大学的生物物理化学家团队发现了一种测量蛋白质较慢速移动的方法(几百纳秒到微秒之间)。这一发现是一个根本性的突破,将为科学家们开辟一条新的研究途径,帮助他们了解蛋白质在人体中的行为。

  研究通讯作者、俄亥俄州立大学化学与生物化学教授Rafael Brüschweiler说:“我们对蛋白质在微秒级时间尺度上的行为知之甚少。传统实验提供的信息非常少,因为我们测试蛋白质的方式在这些速度下会失去敏感性,存在一个取决于蛋白质移动速度的时间窗口,我们在这个窗口下无法观察到蛋白质在做什么及其行为方式。我们的目标是打开这个窗口,用一种工具来测量蛋白质在这些时间尺度上的功能,这是我们以前无法观察到的。”
  数十年来,Brüschweiler一直在寻找研究蛋白质的更好方法,那时他还在瑞士读研究生。他和他在俄亥俄州立大学的研究团队专注于核磁共振(NMR),NMR是一种帮助科学家了解蛋白质在人体中行为的工具。虽然这种工具在科学界被普遍当作研究蛋白质的权威工具,但直到这项发现取得之前,它都无法以低于一纳秒的速度测量最基本的蛋白质行为。
  Brüschweiler说:“在如此慢的时间尺度上,关于蛋白质的信息就流失了,虽然蛋白质在移动,但是我们的工具无法观察到。我们知道存在更慢的蛋白质运动,但是却无法观察到。”
  对于这一发现,Brüschweiler和他的团队将纳米颗粒(二氧化硅或玻璃)添加到含有水和蛋白质的溶液中,同样使用NMR工具来观察蛋白质的反应。蛋白质与二氧化硅键合,使科学家在分析其运动时变得可见。
  研究团队表示,这就像是开发出一种新型显微镜,可以观察到以前无法看到的东西。
  Brüschweiler说:“这就有点像我们可以使用望远镜观察星星的可见光,现在我们有了红外探测仪,所以就能观察到肉眼不可见的红外线。这项技术为我们提供了全新的信息窗口。”这些额外的信息是科学的基石,让研究蛋白质的科学家们能够提出更有深度的问题。
  Brüschweiler说:“这有助于我们分析蛋白质,并研究蛋白质的行为,以及当它与另一种蛋白质或药物相互作用时会发生什么。我们需要这些信息来了解蛋白质的功能。每一种蛋白质在体内都有其自身的功能,通过这种新工具,我们可以知道它们的实际作用,并更好地理解其背后的原因。”
  几十年来,以这些速度评估蛋白质行为的能力一直困扰着Brüschweiler。25年前,他曾试图找到解决方案。他说:“那项研究很棒很严谨,但最终还是失败了。那个时候我开始相信用我们的工具来研究速度低于一纳秒的蛋白质是不可能的。”
  他的实验室现在已经开始进行与生物液体(比如尿液、细胞提取物和血清)中的纳米粒子相关的实验,他猜测纳米粒子(虽然很小,但仍然比蛋白质大)是否能够帮助科学家们观察到蛋白质的动态行为。他在这方面的研究取得了成功。
论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaax5560

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