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2号站研究揭示心脏细丝的结构和功能

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大阪大学(Osaka University)的研究人员使用电子低温显微镜(CryoEM)以前所未有的分辨率对被称为薄纤维的重要心肌成分进行了成像。他们还发现了这些纤维在钙离子存在或不存在的情况下,通过改变其构象,通过心肌收缩来调节心脏跳动的机制。这项工作可能会应用于新药物的开发治疗心脏疾病的突变,影响这些结构和功能。
 
人的心脏是一个了不起的器官,它能终生不停地泵血。然而,其内部运作的许多细节仍然未知,部分原因是其肌肉蛋白的自然形态的确切结构很难想象。这对于“细丝”来说尤其如此——由称为肌动蛋白、肌钙蛋白和原肌凝蛋白的蛋白质组成的微小的丝状结构——由于它们复杂的相互作用和较小的尺寸。人们早就知道,心肌收缩是通过肌肉细胞内钙离子浓度的反复增加和减少来控制的,收缩的控制是通过当这些离子与薄纤维结合时,纤维结构的变化来实现的。然而,确切的机制尚不清楚。
 
现在,大阪大学的研究人员利用获得2017年诺贝尔化学奖的深冷技术,2号站注册登录展示了迄今为止这些蛋白质的最高分辨率的结构图像。传统的电子显微镜通常会损坏脆弱的生物样本,这意味着它们在体内的自然形状无法确定。相比之下,通过低温技术,样品是快速冷冻的,这样就可以在蛋白质仍保持其天然构象的情况下对其成像。
 
第一作者Yurika Yamada说:“很难揭示薄灯丝的整个结构,但我们使用深冷和先进的图像分析成功地解决了它的结构。”大阪的研究小组演示了在没有钙离子的情况下,肌凝蛋白进入肌动蛋白区域的通道是如何被阻断的,这样肌凝蛋白头部就无法附着在肌动蛋白上进行肌肉收缩。然而,钙离子的结合改变了细丝的构象,暴露了附着部位进行收缩。
 
由于纤丝组成蛋白的许多突变已知会导致心脏病,包括心肌肥厚和心肌病,揭示的结构可能为新的药物设计提供分子和结构基础。”
 
藤井隆和南场圭一,资深作者
 
这项研究还强调了深冷技术的力量,它可以揭示以前从未见过的解剖学细节,具有实现医学突破的潜力。

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