科学家用激光探测“奇异”蛋白质液滴

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物理学家们正在使用创新的工具来研究一类奇异的分子的特性,这些分子可能在疾病中起作用:蛋白质聚集在一起,在人类细胞中形成球形的液滴。

他们的最新研究揭示了促使这些液滴从液体、液体状态转变为坚硬、凝胶状状态的条件。

发表在《生物分子》杂志上的这项研究发现,某些蛋白质液滴会变硬,在拥挤的环境中变成胶状物(比如存在大量其他分子的试管,模仿活细胞内部的拥挤状况)。

布法罗大学的物理学助理教授Priya R. Banerjee说:“这些形成液体的蛋白质是一个相对较新的研究领域,所以我们癫痫医院权威医院对它们的基本特性知之甚少。”"作为物理学家,我们希望量化这些水滴的动力学,并了解影响它们的因素。这一点很重要,因为蛋白质液滴的动态是其细胞功能和功能失调的关键。

“先前的研究关注的是蛋白质本身的结构,但我们的研究表明,环境因素同样重要。我们看到外部条件可以改变液滴的内部状态,这可能影响它们在人类细胞中的功能。

这些研究很重要,因为凝析蛋白可能与健康和疾病有关。最近的研究指出了这些飞沫在基因表达、应激反应和免疫系统功能等多种功能中的潜在作用。

光学镊子

本文研究了一种在肉瘤(fus)中融合的形成液体的蛋白质。在正常的脑细胞中发现液态的fus液滴,但是在一些患有神经退行性疾病肌萎缩性侧索硬化症(als)的患者中,蛋白质形成固体物质的集合体,banerjee说。原因还不清楚。

这项研究采用了两种创新的技术来展示环境条件如何影响由fus或其他相关蛋白质制造的液滴。

在一组实验中,科学家们利用高度聚焦的激光束——即光学镊子——将漂浮在液体缓冲溶液中的两个蛋白质液滴捕获并挤在一起。

当缓冲液中含有少量的其他惰性克劳德分子如聚乙二醇(peg)时,蛋白质液滴很容易合并成一个较大的液滴。但当缓冲液中的peg或其他化学物质浓度增加时,蛋白质液滴就会变得更加胶状,不会完全结合。

激光戳

在第二套测试中,研究小组使用了不同的激光——“激光戳”——来研究fus和相关蛋白质液滴在拥挤环境中的反应。

在这些实验中,banerjee和他的同事将荧光标签附在众多的蛋白质分子上,形成一个液滴,使蛋白质发光。然后研究人员用高强度激光“戳”液滴的中间,这个过程会导致任何被激光击中的荧光分子永久变黑。

接下来,科学家们测量了新的发光蛋白进入黑暗区域需要多长时间。这种现象在漂浮在人口稀少的缓冲溶液中的蛋白质液滴中迅速发生。但是,悬浮在带有peg或其他化合物的缓冲溶液中的液滴的恢复时间却大大减慢,这再次表明,蛋白质液滴在拥挤的环境中会变成胶状物。这一发现同时应用到了fus和其他相关的蛋白质液滴上,它们有不同的初级结构。

banerjee说:“我们的实验是在试管中进行的,但我们的结果表明,在活体细胞中,拥挤状态会影响蛋白质液滴的动态。”

还有一个重要的问题是,fus液滴的流动性是否以及如何影响蛋白质形成固体团块的能力,就像在als患者身上看到的那样。班纳吉希望通过未来的研究来解决这个问题。

对这项工作的支持来自该大学,包括由国家科学基金会支持的其北校园共同成像设施。贝勒医学院的合作者对这项工作作出了贡献。

资料来源:布法罗大学。