科學家找到研究蛋白質運動的方法

2020-11-23 科學技術部

　　蛋白質是我們身體的主力軍。它們使我們的器官保持運轉，調節細胞，還是治療包括癌症和神經系統疾病在內的多種疾病的藥物靶點。蛋白質需要移動才能發揮作用，但科學家對這種速度低於納秒的蛋白質運動仍然知之甚少。
　　造成這種情況的原因在於：蛋白質有時移動過緩，以至於科學家用來觀察的一些關鍵技術無法捕捉到蛋白質的運動。但其實這些蛋白質移動得非常快，在納秒到微秒級。在近日這項研究之前，研究人員只能觀察到超過1納秒的蛋白質運動。
　　近日發表在Science Advances上的研究改變了這一現狀。來自美國俄亥俄州立大學的生物物理化學家團隊發現了一種測量蛋白質較慢速移動的方法（幾百納秒到微秒之間）。這一發現是一個根本性的突破，將為科學家們開闢一條新的研究途徑，幫助他們了解蛋白質在人體中的行為。

　　研究通訊作者、俄亥俄州立大學化學與生物化學教授Rafael Brüschweiler說：「我們對蛋白質在微秒級時間尺度上的行為知之甚少。傳統實驗提供的信息非常少，因為我們測試蛋白質的方式在這些速度下會失去敏感性，存在一個取決於蛋白質移動速度的時間窗口，我們在這個窗口下無法觀察到蛋白質在做什麼及其行為方式。我們的目標是打開這個窗口，用一種工具來測量蛋白質在這些時間尺度上的功能，這是我們以前無法觀察到的。」
　　數十年來，Brüschweiler一直在尋找研究蛋白質的更好方法，那時他還在瑞士讀研究生。他和他在俄亥俄州立大學的研究團隊專注於核磁共振（NMR），NMR是一種幫助科學家了解蛋白質在人體中行為的工具。雖然這種工具在科學界被普遍當作研究蛋白質的權威工具，但直到這項發現取得之前，它都無法以低於一納秒的速度測量最基本的蛋白質行為。
　　Brüschweiler說：「在如此慢的時間尺度上，關於蛋白質的信息就流失了，雖然蛋白質在移動，但是我們的工具無法觀察到。我們知道存在更慢的蛋白質運動，但是卻無法觀察到。」
　　對於這一發現，Brüschweiler和他的團隊將納米顆粒(二氧化矽或玻璃)添加到含有水和蛋白質的溶液中，同樣使用NMR工具來觀察蛋白質的反應。蛋白質與二氧化矽鍵合，使科學家在分析其運動時變得可見。
　　研究團隊表示，這就像是開發出一種新型顯微鏡，可以觀察到以前無法看到的東西。
　　Brüschweiler說：「這就有點像我們可以使用望遠鏡觀察星星的可見光，現在我們有了紅外探測儀，所以就能觀察到肉眼不可見的紅外線。這項技術為我們提供了全新的信息窗口。」這些額外的信息是科學的基石，讓研究蛋白質的科學家們能夠提出更有深度的問題。
　　Brüschweiler說：「這有助於我們分析蛋白質，並研究蛋白質的行為，以及當它與另一種蛋白質或藥物相互作用時會發生什麼。我們需要這些信息來了解蛋白質的功能。每一種蛋白質在體內都有其自身的功能，通過這種新工具，我們可以知道它們的實際作用，並更好地理解其背後的原因。」
　　幾十年來，以這些速度評估蛋白質行為的能力一直困擾著Brüschweiler。25年前，他曾試圖找到解決方案。他說：「那項研究很棒很嚴謹，但最終還是失敗了。那個時候我開始相信用我們的工具來研究速度低於一納秒的蛋白質是不可能的。」
　　他的實驗室現在已經開始進行與生物液體（比如尿液、細胞提取物和血清）中的納米粒子相關的實驗，他猜測納米粒子（雖然很小，但仍然比蛋白質大）是否能夠幫助科學家們觀察到蛋白質的動態行為。他在這方面的研究取得了成功。
論文連結：https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaax5560

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