科学者がタンパク質と脂肪のダンスを初めてビデオで撮影：ScienceAlert

私たちの体は活動的に生きており、脂肪膜に引っかかったり、水っぽい細胞の中や外に浮かんだりするタンパク質がたくさんあります。 科学者たちは今回、この両者のダンス、つまり細胞内で通常移動するタンパク質と脂質の流動的なタンゴの写真を初めて撮影することに成功した。

「私たちは、単に構造を与えるだけでダイナミズムを与えない個々のスナップショットを撮るだけでなく、水中の分子とその元の状態を継続的に記録します。」 彼は言う。 イリノイ大学アーバナシャンペーン校 (UIUC) の材料科学者兼エンジニアである Qian Chen 氏は、チームと 彼らの仕事について説明します 「映画作り」みたいな。

「タンパク質がその立体構造をどのように変化させるのか、そしてこの場合、自己組織化されたタンパク質と脂質の構造が時間の経過とともにどのように変動するのかを実際に見ることができます。」

と呼ばれる広く使用されている画像技術を微調整することにより、 透過型電子顕微鏡チェン氏のチームは、液体中の膜タンパク質「ナノディスク」の動画を撮影した。 これら ナノディスク それらは、それらが通常存在する細胞膜と同様の脂質二重層に埋め込まれたタンパク質で構成されています。

研究チームは彼らの手法を「電子ビデオイメージング」と呼び、物理法則に基づいて分子がどのように動くかを示す原子レベルのコンピューターモデルとビデオデータを比較することで検証した。

膜結合タンパク質の移動は、脂質がタンパク質を所定の位置に保持する仕組みにより、ある程度制限されると考えられていました。 しかし、研究者らは、タンパク質と脂質の間の相互作用は、これまで考えられていたよりもはるかに長い距離で発生することを発見しました。

膜タンパク質は細胞の門番、センサー、シグナル伝達受容体であるため、この技術はそれらがどのように機能するかについての理解に大きな進歩をもたらす可能性があります。

現在の技術では、タンパク質が移動したり、画像が歪んだり、画像化に使用される X 線や電子ビームによって損傷されたりしないように、通常、タンパク質は凍結または結晶化されています。 これにより、通常は折りたたまれたり曲がったりする固定されたタンパク質の生命力のない図が得られ、科学者はその構造に基づいてタンパク質が他の分子とどのように相互作用するかを推測することになります。

あるいは、一部のイメージング技術では蛍光分子タグを使用します。 移動するパーティクルを追跡するタンパク質を直接観察するのではなく。

この場合、研究者らは 2 枚の薄いグラフェン シートの内側に水滴を置き、電子顕微鏡の真空から保護しました。 水滴中には標識されていないタンパク質と脂質のナノディスクが浮遊しており、研究チームはそれらが自然の水生環境にいるかのように一緒に「踊る」様子を観察した。

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材料科学者 試してみてもいいかもしれません 少なくとも10年間は 流体中の生体分子の活動を画像化することはできましたが、進行中のタンパク質の動態を明確に観察することはできませんでした。

このアプローチにいくつかの微妙な変更を加えることで、Chen と彼の同僚は、タンパク質と脂質の集合体をマイクロ秒ではなく数分間リアルタイムで画像化しました。 重要なのは、電子がサンプルを透過する速度を遅くし、グラフェンの足場に作用して、動作中のリポタンパク質複合体の画像化に成功したことです。

「現時点では、これがこの種の動きを時間の経過とともに捉える唯一の実験的な方法です。」 彼は言う。 ジョン・スミスは UIUC の材料工学の大学院生であり、この論文の筆頭著者です。

「人生は流動的であり、動いています。私たちは実験的な方法でこのつながりの詳細を解明しようとしています。」

他の取り組みとしては、イメージング技術の向上により、ウイルスの外殻がどのように形成されるかの観察から、アルツハイマー病などの病気で凝集塊に分解されるタンパク質の発見に至るまで、あらゆる種類の顕微鏡的現象に関する驚くべき詳細が明らかになりつつあります。

そこに人工知能が加わり、科学で知られているほぼすべてのタンパク質の 3D 形状を予測することで、確かに生物学研究の新時代が開かれたように思えます。

この研究は、 科学の進歩。