科學家首次公布了細胞構建其“分子高速公路”的圖像

西班牙的一個研究小組取得了突破，他們捕獲了世界上第一個人類細胞“高速公路網絡”開始出現的詳細圖像。

高分辨率圖像和原子級膠片有助于解釋一個長期存在的謎題，即在細胞分裂過程中如何形成稱為微管的小結構。這一發現可能會推動靶向治療的開發癌癥和許多其他條件。

“微管是細胞的關鍵組成部分，但我們在教科書中看到的所有描述它們創造的最初時刻的圖像都是基于酵母結構的模型或卡通，”說來自巴塞羅那基因組調控中心的生物化學家托馬斯·薩里（Thomas Surrey）。

“在這里，我們捕捉了人體細胞內的過程。現在我們知道了它是什么樣子的，我們可以探索它是如何被監管的。鑒于微管在細胞生物學中的基礎作用，這最終可能導致針對各種疾病的新治療方法。

?? 新紙警報！???? 在與令人難以置信的合作中@LlorcaLab，我們解開了#γTuRC在微管成核過程中，由@DeBritoClaudia在我們的實驗室和@sernarina在@CNIOStopCancer.今天發表于@ScienceMagazine:https://t.co/byYmCcuyzM(1/9)pic.twitter.com/gm4sx8zlx9
— 薩里實驗室（@surrey_lab）2月 2， 2024

在細胞中，微管就像高速公路一樣，用于在不同區域之間運輸組件。它們在細胞分裂中也起著至關重要的作用，通過鉤住和分離重復的染色體，使細胞分裂成兩部分，就像套索一樣。

通過稱為微管成核的過程，微管由稱為微管蛋白的蛋白質通過稱為γ-微管蛋白環復合物（γ-TuRC）的結構構建而成，其作用類似于指導其形成的藍圖。

當發現人類 γ-TuRC 暴露了十四行微管蛋白而不是微管正常運作所需的預期十三個，當科學家預計它關閉時，γ-TuRC的環結構似乎是開放的。

γ-TuRC和微管的首次高分辨率視覺效果有助于解開這個謎團。該團隊不得不放慢高速過程才能在實驗室中看到它。

“我們必須找到條件，使我們能夠在成核過程中對超過一百萬個微管進行成像，以免它們長得太長并掩蓋γ-TuRC的作用，”說來自基因組調控中心的細胞生物學家Cláudia Brito。

“我們能夠使用我們實驗室的分子工具箱實現這一目標，然后將微管存根冷凍到位。

研究人員使用冷凍電子顯微鏡以及一些復雜的圖像處理，以確定微管形成過程中 γ-TuRC 的 3D 結構。他們發現，當γ-TuRC開始成核和微管生長時，它會發生形狀變化。

它巧妙地關閉，收起一個微管蛋白，使其與微管的設計相匹配。還發現了一種新的閂鎖機制，它揭示了生長的微管有助于 γ-TuRC 模板找到其正確的形狀。

“我們已經可視化了啟動微管形成的過程，我們看到人類γ-TuRC是一個開放的環，它閉合后有效地成為成核微管的完美模板，”說來自西班牙國家癌癥研究中心的結構生物學家Oscar Llorca。

“但我們也發現，為了閉合這個環，需要將微管的'第一塊磚'放置到位;當這種情況發生時，人類γ-TuRC的一個區域充當錨，與這個'第一塊磚'接合，然后關閉環并啟動微管的形成。

微管問題會導致許多健康并發癥，包括癌癥.微管功能障礙還會加劇哮喘和心臟病等疾病，并導致神經退行性疾病。

雖然微管是一些癌癥治療的目標，但這些藥物也有影響健康細胞的不幸副作用。隨著時間的推移，腫瘤有可能對這些藥物產生耐藥性。因此，了解更多關于微管及其構建過程的信息是有價值的。