據(jù)哈佛大學(xué)陳陳公共衛(wèi)生學(xué)院研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項研究，細(xì)胞利用其分子結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)其代謝功能，將患病細(xì)胞的結(jié)構(gòu)修復(fù)到更健康的狀態(tài)也可以修復(fù)新陳代謝。
“慢性代謝疾病，包括肥胖、糖尿病、心血管和肝臟疾病，是全球最大的公共衛(wèi)生問題，”哈佛陳學(xué)院遺傳學(xué)和代謝學(xué)詹姆斯史蒂文斯西蒙斯教授、薩布里烏爾克中心主任 Gökhan Hotam??l?gil 說用于營養(yǎng)、遺傳和代謝研究。“我們發(fā)現(xiàn)的基本調(diào)節(jié)機制可用于評估個體對肥胖等疾病狀態(tài)的易感性或抵抗力，并確定飲食、營養(yǎng)或禁食等哪些步驟將減少、消除或加劇這些我們可以想象一系列針對分子結(jié)構(gòu)的全新治療策略，類似于修復(fù)受損建筑物或防止其惡化。”
該研究于 2022 年 3 月 9 日在線發(fā)表在《自然》雜志上。
該研究由 Sabri Ülker 中心的研究人員 Güne? Parlakgül 和 Ana Paula Arruda 領(lǐng)導(dǎo)，將來自健康瘦小鼠的肝臟樣本與來自患有脂肪肝疾病的肥胖小鼠的樣本進行比較。使用多個計算平臺——人工智能、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——以及使用增強聚焦離子束掃描電子顯微鏡的高分辨率成像、Parlakgül、Arruda 和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的同事對細(xì)胞內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)(稱為細(xì)胞器)進行了三維重建，并對來自瘦和肥胖樣本的細(xì)胞器結(jié)構(gòu)和肝細(xì)胞組織進行了比較分析。通過這些分析，研究小組確定肥胖會導(dǎo)致亞細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，特別是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER) 中，這是一種參與蛋白質(zhì)和脂質(zhì)產(chǎn)生和形成的細(xì)胞器。
然后，該團隊使用可以修復(fù)可以重塑細(xì)胞膜的分子和蛋白質(zhì)的技術(shù)部分恢復(fù)了 ER 的結(jié)構(gòu)，這也修復(fù)了細(xì)胞的新陳代謝?；謴?fù)的細(xì)胞看起來正常，脂質(zhì)和葡萄糖代謝得到更好的控制，并且保持無壓力并且對刺激更敏感。
“結(jié)果非常驚人——當(dāng)結(jié)構(gòu)得到修復(fù)時，細(xì)胞的新陳代謝也會得到修復(fù)，”Arruda 說。“我們在這里描述的是一種通過調(diào)節(jié)分子結(jié)構(gòu)來控制新陳代謝的全新方式，這對健康和疾病至關(guān)重要。”
這項研究產(chǎn)生的圖像也是迄今為止最詳細(xì)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)可視化，而細(xì)胞在其組織環(huán)境中仍然完好無損。其他研究人員之前也創(chuàng)造了類似的成像，但主要是在單細(xì)胞或培養(yǎng)物中。
“高分辨率成像和基于深度學(xué)習(xí)的分析幫助我們看到細(xì)胞內(nèi)環(huán)境和細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)是代謝適應(yīng)的關(guān)鍵組成部分。針對這種調(diào)節(jié)可能會為治療糖尿病和脂肪肝等代謝疾病提供治療機會疾病，”Parlakgül 說。
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