膜重塑:瑜伽与细胞生物学相遇的地方

细胞通过一种称为内吞作用的体操形变过程摄入蛋白质和吞噬细菌。美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的研究人员揭示了一种关键蛋白-动力蛋白如何驱动这一作用。

胞吞作用使细胞吸收营养,输入生长因子,预防感染并完成许多其他重要任务。然而,尽管进行了数十年的研究,科学家还是’完全了解这种膜重塑过程。新研究揭示了在纳米级的现实生活中,单个分子在单个内吞作用中如何协同工作。

“We’我们发现了体内每个细胞以各种方式使用的基本过程的新细节,”共同作者约恩·肯尼迪·史瑞弗(Eunice Kennedy Shriver)美国儿童健康与人类发展研究所(NICHD)的物理生物学项目负责人Joshua Zimmerberg博士说。“It’30年旅程的高潮。”

该研究由曾在齐默贝格(Zimmerberg)博士后研究员的瓦迪姆·弗罗洛夫(Vadim Frolov)博士领导。’的实验室。它出现在 科学 该论文由美国,西班牙,俄罗斯和印度的国际研究人员团队共同撰写。

除了为Zimmerberg博士提供资金外,NIH还通过美国国立普通医学科学研究所(NIGMS)共同资助Sandra Schmid博士的工作来支持这项工作。在达拉斯的德克萨斯大学西南医学中心就读。 Schmid博士是动力专家。

多年来,科学家们知道,动力蛋白在胞吞作用中起主要作用。在其他被称为外壳蛋白的分子夹住细胞之后’它的膜形成一个向内折叠的囊,将dynamin包裹成蟒蛇状,包裹在囊的脖子上并紧紧挤压。来自称为GTP的分子的能量震荡切断了颈部,在细胞内部释放了称为囊泡的自由漂浮的气泡,并密封了细胞’外膜关闭。一直以来,细胞和囊泡都不会泄漏任何内含物。

博士Zimmerberg,Schmid及其同事发现了该电池如何克服看似无法克服的能量障碍才能实现这一壮举。它’正如先前所怀疑的,这不是蛮力问题,而是更像禅宗的分子合作。

当动力素稍微浸入柔软的细胞膜时,开始进行颈部切断。膜中的脂质(油性分子)移到一边,移动它们的尾巴以容纳蛋白质。这种分子拥挤向膜施加压力,进一步收缩了正在发育的囊泡的颈部。

然后GTP完成工作。但是,并非如您所料,致命的拖拉动力绞索。相反,就像瑜伽教练一样,GTP鼓励膜放松,尽管压力很大。在这种松弛状态的中间,囊泡突然收缩。

在试图理解这种违反直觉的举动时,研究人员推测GTP会稍微使动力蛋白内部融化,从而将蛋白质转变为能稳定膜的柔性支架,而脂质自身会重新排列。

“我们认为没有其他方法可以降低没有任何泄漏的重塑能量障碍,”弗罗洛夫(Frolov)博士提出了这个想法。

研究人员还发现,如果不使用GTP,则动力蛋白将继续生长,在囊颈周围扭曲三到四次。当存在GTP时(在活生物体中就是这种情况),它只能使动力蛋白卷曲一次或两次,然后才能脱离囊泡。

所有这些信息可帮助科学家更好地理解对生命至关重要的过程。

膜重塑:瑜伽与细胞生物学相遇的地方内吞作用的遗传缺陷(以及逆过程,胞吐作用)与许多人类疾病(包括肌肉营养不良,阿尔茨海默氏病)有关’疾病,白血病等。此外,某些寄生虫和其他病原体可以劫持内吞作用,从而控制进入和感染人类细胞的过程。

Zimmerberg博士将他的基础研究发现带到了诊所。他正在研究成年型肌营养不良症患者肌肉细胞膜的变化。在这种疾病中,肌肉细胞周围的膜会变弱和流泪。最终,膜受损的细胞死亡,大量酶泄漏到血液中。 Zimmerberg博士希望发现血液化学变化,从而阐明疾病的进程并指出可能的新疗法。该研究将很快开始招募患者作为志愿者。

 



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