Voor het eerst leggen wetenschappers de dans van eiwit en vet vast op video: ScienceAlert

Onze lichamen leven van activiteit en zitten vol met eiwitten die vastzitten in vetmembranen of die in en uit waterige cellen drijven. Wetenschappers hebben nu voor het eerst een beeld kunnen vastleggen van de dans tussen de twee: de vloeiende tango van eiwitten en lipiden zoals ze normaal gesproken in cellen bewegen.

“We gaan verder dan alleen het maken van individuele snapshots, die structuur geven maar geen dynamiek, door continu moleculen in het water en hun oorspronkelijke staat vast te leggen.” Hij zegt Qian Chen, materiaalwetenschapper en ingenieur aan de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign (UIUC), die het team leidde en Beschrijft hun werk Zoals ‘filmmaken’.

“We kunnen echt zien hoe eiwitten hun conformatie veranderen en, in dit geval, hoe de zelf-geassembleerde eiwit-lipidestructuur in de loop van de tijd fluctueert.”

Door het aanpassen van een veelgebruikte beeldvormingstechniek genaamd Transmissie elektronenmicroscoopHet team van Chen maakte bewegende beelden van membraaneiwit-‘nanodissen’ in vloeistof. deze Nanoschijven Ze bestaan ​​uit eiwitten ingebed in een lipidedubbellaag die lijkt op de celmembranen waarin ze normaal worden aangetroffen.

Het team noemde hun methode 'elektronische videobeeldvorming' en valideerde de videogegevens door deze te vergelijken met computermodellen op atomair niveau van hoe moleculen bewegen op basis van de wetten van de natuurkunde.

Men dacht dat de beweging van membraangebonden eiwitten enigszins beperkt was, vanwege de manier waarop lipiden ze op hun plaats houden. De onderzoekers zagen echter dat interacties tussen eiwitten en lipiden over veel grotere afstanden plaatsvinden dan eerder werd gedacht.

Membraaneiwitten zijn celpoortwachters, sensoren en signaalreceptoren, dus deze technologie zou kunnen leiden tot enorme vooruitgang in ons begrip van hoe ze werken.

Met de huidige technologieën worden eiwitten gewoonlijk bevroren of gekristalliseerd, zodat ze niet bewegen, het beeld vervormen of worden beschadigd door de röntgenstralen of elektronenstralen die worden gebruikt om ze in beeld te brengen. Dit geeft een levenloos beeld van een vast eiwit dat normaal gesproken vouwt en buigt, waardoor wetenschappers op basis van de structuur kunnen afleiden hoe het met andere moleculen interageert.

Als alternatief gebruiken sommige beeldvormingstechnieken een fluorescerend moleculair label Volg deeltjes terwijl ze bewegenIn plaats van rechtstreeks naar het eiwit te kijken.

In dit geval plaatsten de onderzoekers een druppel water in twee dunne grafeenvellen om ze te beschermen tegen het vacuüm van een elektronenmicroscoop. In de waterdruppel hingen nanoschijven van ongelabelde eiwitten en lipiden, die het team samen zag 'dansen' zoals ze zouden doen in hun natuurlijke wateromgeving.

border-frame=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; schrijven naar klembord; gecodeerde media; gyroscoop; beeld-in-beeld; web delen” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

Materiaalwetenschappers Je zou het kunnen proberen Voor minstens tien jaar om de activiteit van biologische moleculen in vloeistoffen in beeld te brengen, maar ze waren niet in staat de voortdurende eiwitdynamiek duidelijk waar te nemen.

Door enkele subtiele aanpassingen aan deze aanpak konden Chen en zijn collega's hun eiwit- en lipidenassemblages in realtime in beeld brengen, minutenlang in plaats van microseconden. Belangrijk is dat ze de snelheid waarmee elektronen het monster penetreerden vertraagden en op de grafeensteiger werkten, waarbij ze met succes het lipoproteïnecomplex in actie in beeld brachten.

“Op dit moment is dit de enige experimentele manier om dit soort bewegingen in de loop van de tijd vast te leggen.” Hij zegt John Smith, een afgestudeerde student materiaalkunde aan de UIUC, is de eerste auteur van dit artikel.

“Het leven is vloeibaar, het is in beweging. We proberen op een experimentele manier de fijnere details van deze verbinding te achterhalen.”

Wat andere inspanningen betreft, onthullen verbeterde beeldvormingstechnieken verbazingwekkende details over allerlei microscopische gebeurtenissen – van het observeren hoe de buitenste schil van een virus ontstaat tot het opsporen van de eiwitten die in klonten uiteenvallen bij ziekten als de ziekte van Alzheimer.

Voeg daar kunstmatige intelligentie aan toe en voorspel de 3D-vorm van bijna elk eiwit dat de wetenschap kent, en het lijkt er zeker op dat er een nieuw tijdperk van biologisch onderzoek is aangebroken.

Het onderzoek is gepubliceerd in Vooruitgang van de wetenschap.