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Nature:重磅!科学家开发出人类细胞分裂的首个蛋白质互作模型

来源:本站原创 2018-09-19 22:29

2018年9月19日 讯 /生物谷BIOON/ --有丝分裂是(即细胞一分为二)有机体生命的基础过程,近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自欧洲分子生物学实验室的科学家们通过研究绘制出了促进细胞分裂的首张蛋白质互作图谱,其能够帮助研究人员有效追踪推动细胞分类过程的特殊蛋白的位置和种类。

图片来源:Arina Rybina and Julius Hossain, Ellenberg group, EMBL

2010年,研究人员通过研究鉴别出了负责人类细胞分裂的关键人类基因组区域,但细胞并不会依靠基因组DNA来运行,其依赖于DNA所编码的蛋白质来运行,蛋白质能在细胞中完成大部分工作,从而形成细胞的“运作”水平;诸如有丝分裂等过程需要在时间和空间上与数百种不同的蛋白质紧密协调,蛋白质通常会以团队形式工作,类似于在大型建筑工地上的专业建筑工人团队。

研究者Jan Ellenberg说道,截止到目前为止,很多单个实验室仅能对活细胞中单一蛋白质的作用机理进行研究,这项研究中我们利用了一种特殊的系统性策略,清楚的观察到了人类活细胞中形成的蛋白质动态网络;随后研究人员将这些有丝分裂细胞图谱中的数据整合到了交互式的4-D计算机模型中,在这种公共资源中,科学家们就能够自由选择有丝分裂蛋白的任意组合,并且实时观察其在细胞分类过程中的作用模式。

共享工具制造更多的细胞图谱

细胞分裂是有机体生命的必要过程,当其发生错误时,诸如生育问题和癌症等缺陷就会发生,除了研究有丝分裂外,研究人员所开发的新技术还能用来研究驱动其它细胞功能的特殊蛋白,比如细胞死亡、细胞迁移,甚至是癌细胞的转移;通过观察这些蛋白质所形成的动态网络,研究人员鉴别出了关键的脆弱点,即只有一种蛋白质负责将两项任务联系在一起。

从动态网络的角度来观察疾病相关的过程或许就能为研究人员寻找关键链接提供新的视角,这样研究人员就能通过切断或重新连接这些项目来改变其功能,这项研究中研究人员所采用的定量纤显微镜平台和创建动态蛋白质图谱的代码就能公开来供其他研究人员所使用。

计算活细胞中的蛋白

这项研究中,研究人员对在一种广泛使用的人类癌细胞HeLa细胞进行研究,研究人员利用CRISPR/Cas基因编辑技术使细胞中28种对有丝分裂非常重要的蛋白质显现荧光,随后应用3-D共聚焦显微镜来追踪观察这些细胞分布在细胞中的具体位置,这种纤维镜的敏感性能够达到对蛋白质进行计算,因此研究人员就能够清楚观察到特定位点的100、1000或者10000个蛋白质,对于所有蛋白质而言,这些数据都能被整合到一种交互式的计算机模型中进行深入的分析。

人类细胞中共有大约600种不同的蛋白质参与了有丝分裂的过程,完成共600个蛋白质的数据库或许就能帮助研究人员理解细胞分类过程中信息的传递和扩散机制,以及细胞进行分裂的决策是如何进行制定的;研究者Stephanie Alexander表示,以相同的标准化方法来对更多的蛋白质进行成像就能够为当前的图谱增加更多的信息,未来研究人员或将能绘制出细胞中蛋白质的全景图谱,通过该图谱研究人员就能够观察到机体生命不同过程的发生机制,比如细胞分裂和细胞死亡等多过程,以及这些过程之间的神秘关联。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Yin Cai, M. Julius Hossain, Jean-Karim Hériché, et al. Experimental and computational framework for a dynamic protein atlas of human cell division, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0518-z

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