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神奇的肌肉蛋白以及在哪里找到它们

时间:2020-06-26 10:18:23来源:百利宫-百利宫官网-澳门百利宫官网

  亥姆霍兹协会(MDC)的马克斯德尔布吕克分子医学中心的研究人员开发了一种小鼠模型,使他们能够观察工作肌肉内部并识别使肌节收缩,放松,传达其能量需求并适应的蛋白质。行使。具体来说,他们能够在“ Z盘”(相邻的肉瘤之间的边界)开始,在肌节的确定的子区域中定位蛋白质。这本身是研究横纹肌的重要一步。

  在此过程中,他们做出了意外发现:肌球蛋白是构成横纹肌纤维的三种主要蛋白质之一,似乎进入了Z盘。肌球蛋白,肌动蛋白和弹性支架蛋白纤溶蛋白如何协同工作的模型在很大程度上忽略了肌球蛋白丝穿透Z盘结构的可能性。直到最近,德国科学家才对它们进行理论化,但是直到现在,还没有实验证据验证该模型。

  MDC的神经肌肉和心血管细胞生物学实验室负责人Michael Gotthardt教授说:“即使对于肌球蛋白研究人员来说,这也是出乎意料的。” “这涉及到肌肉如何产生力量的最基本的知识。”

  在MDC和哥廷根大学的同事的帮助下,包括第一作者Franziska Rudolph博士和Claudia Fink博士在内的Gotthardt团队从未着手验证这一理论。他们的主要目标是鉴定Z盘中及其附近的蛋白质。为此,他们开发了一种小鼠模型,该模型具有一种被称为BioID的人工酶,该酶被插入了巨大的蛋白滴定蛋白中。然后,Titin-BioID标记接近Z盘的蛋白质。

  肉瘤是微小的分子机器,内含紧密相互作用的蛋白质。到现在为止,不可能分离出对不同子区域具有特异性的蛋白质,特别是在活的,功能正常的肌肉中。MDC蛋白质组学实验室负责人Philipp Mertins博士说:“ Titin-BioID 在体内探测肌节结构的特定区域。” “以前不可能做到这一点。”

  该小组是第一次使用BioID在活的动物的生理条件和肌节,其中约一半人已经知道相关标识450个蛋白质下。他们发现心脏和骨骼肌以及成年小鼠和新生小鼠之间存在显着差异,这与肌节结构,信号传导和新陈代谢有关。这些差异反映了成人组织需要优化性能和能量产生,而不是新生儿组织的生长和重塑。

  戈特哈特说:“我们想知道谁在那里,知道球员是谁。” “大多数人都期望得到证实,这证实了我们的方法。”

  他们不希望在Z盘中看到的蛋白质是肌球蛋白,它整合在肌节的相反部位。当触发肌肉运动时,肌球蛋白沿着肌动蛋白走动,从而使相邻的Z盘更加靠近。肌动蛋白和肌球蛋白丝的这种滑动产生了使我们的心脏能够泵血或骨骼肌保持姿势或举起物体的力。

  肌节的所谓“滑丝模型”描述了力的产生,并有助于解释力和肌节长度之间的关系。然而,目前的模型难以预测完全收缩的肉瘤的行为。这些模型假设肌球蛋白在沿肌动蛋白的行走过程中不会进入Z盘。有一些暗示可能会持续下去。戈特哈特说:“但是我们不知道在染色的组织样本中看到的是人工制品还是现实生活。” “有了BioID,我们可以坐在Z盘上并观察肌球蛋白的通过。”

  Gotthardt同意提出的理论,即肌球蛋白进入Z盘可限制或抑制收缩。这可能有助于解决科学家已经计算出的肌肉纤维相对于其长度可产生多大作用力的持续问题,并导致肌节的精确模型,并可能有助于防止肌肉过度收缩。

  了解正常条件下肌肉纤维如何在分子水平上伸展和收缩非常重要,这样研究人员就可以识别出随着年龄的增长而出现肌肉受损,患病或萎缩的问题。识别引起问题的蛋白质可能会潜在地帮助确定患有心脏病或骨骼肌疾病的患者的新型治疗靶标。

  戈特哈特(Gotthardt)和他的团队计划下一步使用BioID研究具有不同病理学的动物,例如,看看哪些蛋白质参与了肌肉萎缩。戈特哈特说:“也许一种蛋白质通常不存在于肌节中,这是病理的一部分。” “我们可以通过BioID找到它。

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