原位真核細(xì)胞內(nèi)三維蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的原位測定

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，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)周圍的大量生物大分子。這使得很難看出細(xì)胞內(nèi)的每種蛋白質(zhì)在其天然環(huán)境中的作用，盡管知道明顯的生物醫(yī)學(xué)益處，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)光譜測量，這種細(xì)胞來源于一種類型的細(xì)胞。蛾幼蟲廣泛用于蛋白質(zhì)生產(chǎn)。該團(tuán)隊(duì)開創(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)。簡單地將相同的技術(shù)應(yīng)用于sf9中的蛋白質(zhì)的問題細(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，這些方法可根據(jù)來自細(xì)胞內(nèi)核磁共振的有限數(shù)量的結(jié)構(gòu)信息有效地闡明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。具有固有低靈敏度的光譜。在NMR裝置內(nèi)部還配備了生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其在測量期間使細(xì)胞保持健康狀態(tài)。

利用這一新數(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，他們在一種蛋白質(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：，可以看到不同的條件如神經(jīng)退行性疾病如何影響原位蛋白質(zhì)構(gòu)象，并定量測量治療如何影響結(jié)構(gòu)異常。