東京都立大學(xué)的研究人員成功地確定了真核細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的高分辨率三維結(jié)構(gòu)。他們將“細(xì)胞內(nèi)”核磁共振(NMR)光譜,生物反應(yīng)器系統(tǒng)和尖端計(jì)算算法結(jié)合起來(lái),首次確定了擁擠的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。該技術(shù)有望深入了解致病蛋白的細(xì)胞內(nèi)行為和新型藥物篩選應(yīng)用,從而可以原位觀察蛋白質(zhì)對(duì)生化刺激的反應(yīng)。
真核細(xì)胞是許多生物的基石,包括所有真菌,植物和動(dòng)物。它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜和多樣,具有錯(cuò)綜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)層次和分布在細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)周?chē)拇罅可锎蠓肿?。這使得很難看到細(xì)胞內(nèi)的每種蛋白質(zhì)在其天然環(huán)境中的作用,盡管明顯的生物醫(yī)學(xué)益處是知道例如當(dāng)細(xì)胞受到化學(xué)刺激時(shí)特定蛋白質(zhì)如何反應(yīng),如藥物。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn),來(lái)自東京都立大學(xué)的助理教授Teppei Ikeya和Yutaka Ito教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)對(duì)sf9培養(yǎng)的昆蟲(chóng)細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的特定蛋白質(zhì)進(jìn)行了核磁共振(NMR)光譜測(cè)量,這種細(xì)胞來(lái)源于一種類(lèi)型的細(xì)胞。蛾幼蟲(chóng)廣泛用于蛋白質(zhì)生產(chǎn)。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性的核磁共振工作已經(jīng)成功地闡明了細(xì)菌內(nèi)部的高分辨率蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)(非真核生物)。簡(jiǎn)單地將相同的技術(shù)應(yīng)用于sf9中的蛋白質(zhì)的問(wèn)題細(xì)胞的目標(biāo)蛋白濃度顯著降低,細(xì)胞壽命短,因此難以收集核Overhauser效應(yīng)光譜(NOESY)的高質(zhì)量多維核磁共振譜,這將提供有關(guān)不同原子在各個(gè)分子內(nèi)如何間隔的精確信息。因此,他們將基于稀疏采樣的快速核磁共振測(cè)量方案與采用貝葉斯推理等統(tǒng)計(jì)技術(shù)的最先進(jìn)計(jì)算方法相結(jié)合。,基于來(lái)自細(xì)胞核磁共振譜的有限量的結(jié)構(gòu)信息,具有固有的低靈敏度,有效地闡明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。在NMR裝置內(nèi)部還配備了生物反應(yīng)器系統(tǒng),其在測(cè)量期間使細(xì)胞保持健康狀態(tài)。
通過(guò)這些新數(shù)據(jù),該團(tuán)隊(duì)能夠以前所未有的高分辨率闡明三種模型蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),對(duì)于蛋白質(zhì)主鏈原子的位置精確度為0.5埃(0.05納米)。特別是,與稀釋溶液中的參比結(jié)構(gòu)相比,他們?cè)谝环N蛋白質(zhì)的局部區(qū)域中鑒定出顯著不同的構(gòu)象。“在細(xì)胞中”和“在試管中”的蛋白質(zhì)之間的構(gòu)象差異可能是由與細(xì)胞內(nèi)其他分子的非特異性相互作用引起的。很明顯,這些相互作用有助于蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能:在細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中定位和量化蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的能力預(yù)計(jì)會(huì)對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究產(chǎn)生重大影響,
這項(xiàng)工作得到了日本科學(xué)技術(shù)廳(JST)的進(jìn)化科學(xué)和技術(shù)核心研究資助計(jì)劃(CREST; JPMJCR13M3),下一代世界領(lǐng)先的研究人員(NEXT計(jì)劃),科學(xué)助學(xué)金的支持。研究(JP15H04339至MM,JP15K06979至TI,JP17K07312至PG),具有挑戰(zhàn)性的探索性研究(JP15K14494至YI),以及創(chuàng)新領(lǐng)域的科學(xué)研究(JP26102538,JP25120003和JP16H00779至TI; JP15H01645,JP16H00847和JP17H05887至YI)日本科學(xué)促進(jìn)會(huì)(JSPS)。該研究已在線發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。