心臟和骨骼肌作為可靠的生物機(jī)器的功能歸功于它們最小的收縮結(jié)構(gòu)，即肌節(jié)的組裝，具有非凡的精度。產(chǎn)生將血液輸送到所有器官并實(shí)現(xiàn)身體運(yùn)動的能力——從呼吸到短跑——這些肌肉需要數(shù)百萬種蛋白質(zhì)成分的協(xié)調(diào)組裝，這些蛋白質(zhì)成分由人體最大的蛋白質(zhì)——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(zhì)充滿了技術(shù)挑戰(zhàn)?？茖W(xué)家們現(xiàn)在使用尖端的電子顯微鏡技術(shù)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(jié)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(jī)會更好地了解 nebulin 的作用，因?yàn)樗墓δ苡捎谄漭^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(chǔ)與醫(yī)學(xué)生物科學(xué)學(xué)院院長 Mathias Gautel 教授、Ay Lin Kho 博士和由 Stefan Raunser 領(lǐng)導(dǎo)的 Max Planck 研究小組使用電子冷凍斷層掃描技術(shù)以令人印象深刻的細(xì)節(jié)破譯了 nebulin 的結(jié)構(gòu)。他們的發(fā)現(xiàn)可能會導(dǎo)致治療肌肉疾病的新治療方法，因?yàn)閚ebulin 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(xì)絲滑動時(shí)收縮和放松。Nebulin 是另一種細(xì)長的蛋白質(zhì)，僅存在于骨骼肌中，與肌動蛋白配對，通過一系列稱為重復(fù)的類似結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)肌動蛋白。編碼 nebulin 的基因突變會產(chǎn)生異常的 nebulin，從而導(dǎo)致線蟲肌病，這是一種無法治愈的神經(jīng)肌肉疾病，具有不同程度的嚴(yán)重程度，從肌肉無力到語言障礙和呼吸問題。
了解 nebulin 的結(jié)構(gòu)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(guān)重要。在這項(xiàng)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(qiáng)大顯微鏡技術(shù)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(xué)院蘭德爾細(xì)胞與分子生物物理中心實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化的程序，對與人類肌肉非常相似的小鼠肌肉進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。引人注目的是，心肌肌動蛋白絲表明明顯不存在 nebulin。
研究結(jié)果表明，每個(gè) nebulin 重復(fù)與一個(gè)肌動蛋白亞基結(jié)合，證明了 nebulin 作為一個(gè)標(biāo)尺的作用，它可以對肌動蛋白絲的長度進(jìn)行分級。每個(gè) nebulin 重復(fù)與每個(gè)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(xué)家們提出，nebulin 可以通過與另一種稱為肌鈣蛋白的蛋白質(zhì)相互作用來調(diào)節(jié)肌動蛋白和肌球蛋白的結(jié)合，從而調(diào)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(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，即肌肉的運(yùn)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(fù)雜細(xì)節(jié)的全貌。
該研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
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