科學家研究構成肌細胞基本收縮單位的蛋白質有了意想不到的發現

2020-11-30 騰訊網

赫爾姆霍茲協會(MDC)的Max Delbrück分子醫學中心(MDC)的研究人員開發了一種小鼠模型，使他們能夠觀察工作肌肉內部，並確定使肌層收縮、放鬆、交流能量需求和適應運動的蛋白質。具體來說，他們能夠從「Z-圓盤」開始，從相鄰肉瘤之間的邊界開始，在肌層的特定亞區繪製蛋白質圖譜。這本身就是在研究橫紋肌方面向前邁出的重要一步。

在這個過程中，他們做出了一個意想不到的發現：肌球蛋白，組成條紋肌纖維的三種主要蛋白質之一，似乎進入Z盤。肌球蛋白、肌動蛋白和彈性支架蛋白Titin共同作用的模型很大程度上忽略了肌球蛋白纖維穿透Z盤結構的可能性。直到最近，德國科學家才從理論上證實了這一點，但到目前為止，還沒有實驗證據證實這一模型的有效性。

MDC神經肌肉和心血管細胞生物學實驗室的負責人MichaelGotthardt教授說：「即使對肌球蛋白研究人員來說，這也是出乎意料的。」他領導了這項研究。「這涉及到肌肉如何產生力量的基本知識。」

誰在那兒？

Gotthardt的團隊，包括第一作者Franziska Rudolph博士和Claudia Fink博士，在MDC和G ttingen大學的同事的幫助下，從未開始驗證這一理論。他們的主要目的是鑑定Z盤及其附近的蛋白質.為了做到這一點，他們開發了一種老鼠模型，用一種名為BioID的人工酶插入到巨大的蛋白質Titin中。Titin-BioID然後標記接近Z盤的蛋白質.

肉瘤是一種微小的分子機器，充滿了相互作用緊密的蛋白質。到目前為止，還不可能分離出特定於不同次區域的蛋白質，尤其是活的、功能正常的肌肉中的蛋白質。「Titin-BioID探測體內肉瘤結構的特定區域，」MDC蛋白質組學實驗室負責人Philipp Mertins博士說。「這以前是不可能的。」

該研究小組是第一個在生理條件下對活動物使用BioID的團隊，並鑑定出了450種與Sarcomere相關的蛋白質，其中大約一半的蛋白質已經被發現。他們發現，心臟和骨骼肌、成年小鼠和新生小鼠之間存在著明顯的差異，這與肉瘤的結構、信號和代謝有關。這些差異反映了成人組織需要優化生產性能和能量，而不是新生兒組織的生長和重塑。

「我們想知道誰在那裡，誰是球員，」戈特哈特說。「大多數都是意料之中的，這驗證了我們的做法。」

驚喜

他們不希望在Z盤中看到的蛋白質是肌球蛋白，它整合在肌層的相反部位。當肌肉被觸發運動時，肌球蛋白沿著肌動蛋白走，將鄰近的Z-盤更緊密地結合在一起.這種肌動蛋白和肌球蛋白纖維的滑動產生了一種力量，使我們的心臟能夠泵血或骨骼肌保持姿勢，或舉起物體。

這種所謂的「滑絲模型」描述了力的產生，並幫助解釋了力和肌節長度之間的關係。然而，現有的模型難以預測完全收縮的肉瘤的行為。這些模型已經假設肌球蛋白不會在它沿著肌動蛋白行走時進入Z盤.有一些跡象表明，這種情況可能會持續下去。Gotthardt說：「但我們不知道我們在染色的組織樣本中看到的是一件藝術品還是真實的生活。」「使用BioID，我們可以坐在Z盤旁，看著肌球蛋白經過。」

Gotthardt同意提出的理論，即肌球蛋白進入Z盤可以限制或抑制收縮。這可能有助於解決目前的問題，科學家們已經計算出肌肉纖維與其長度之間能產生多大的力量，從而形成了一個精確的肉瘤模型，並可能起到保護肌肉免受過度收縮的作用。

為什麼這很重要

了解在正常情況下肌肉纖維如何在分子水平上伸展和收縮是很重要的，因此研究人員可以找出當肌肉隨著年齡增長而受損、患病或萎縮時出現的問題。確定哪些蛋白質引起的問題可能有助於確定心臟病或骨骼肌疾病患者的新治療目標。

Gotthardt和他的團隊計劃下一次使用BioID來研究不同病理類型的動物，例如，看看哪些蛋白質與肌肉萎縮有關。Gotthardt說：「也許一種正常情況下不存在的蛋白質進入了肉瘤層，它是病理學的一部分。」「我們可以用生物ID找到它。」

相關焦點

  • 蛋白質的基本構成單位是 蛋白質的基本構成單位是什麼
    蛋白質的基本構成單位是胺基酸。胺基酸可以在人體內通過代謝合成組織蛋白質，是含有鹼性氨基和酸性羧基的有機化合物。經蛋白質水解後得到的胺基酸都是α-胺基酸，而且僅有二十幾種，它們是構成蛋白質的基本單位。人體內蛋白質都是由20多種胺基酸按不同比例組合而成的。
  • 基於肌節的集成生物傳感器在活心肌細胞顫動收縮水平實時檢測肌絲激活配體
    Metzger的研究團隊在JMCC雜誌2020年8月發表了題為「Sarcomere integrated biosensor detects myofilament-activating ligands in real time during twitch contractions in live cardiac muscle」的最新研究論文。
  • 【新教材】1-1 細胞是生命活動的基本單位
    如果讓你提供證據說明大熊貓和冷箭竹都是由細胞構成的，你將如何獲取和提供證據？【答案】可以將大熊貓和冷箭竹几種器官、組織製成裝片或切片，在顯微鏡下觀察這些組織是否由細胞構成；或者查閱科學研究文獻，利用科學家已經獲得的研究結果為證據。2.與同學相互評價各自的證據是否正確和充分。
  • 細胞作為生物體基本的構成單位是由許多分子組成的複雜體系
    分子生物學是由生物化學、生物物理學、遺傳學、微生物學、細胞學、以纛信息科學等多學科相互滲透、綜合融會而產生並發展起來的，凝聚了不同專長的科學家的共同努力。它雖產生於上述各個學科，但已形成它獨特的理論體系和研究手段，成為一個獨立的學科。
  • 「超人」真的有可能?科學家發現三種超能力基因突變
    例如，一些人體內的罕見基因突變使其肌細胞長得更大、並分裂出更多細胞，導致這些人——甚至是兒童——看上去就像健美運動員。　　基因突變是構成基因的DNA序列的一個永久性改變，從而使這一序列異於大多數人。突變可能是有利、有害或中性的，這取決於其背景和位置。
  • Slow-twitch vs.fast-twitch muscle fibers | 快速收縮肌纖維與慢速收縮肌纖維(下)
    以下是快肌纖維或II型肌纖維的相關信息：1、 快肌纖維可以進一步分為（1）快速收縮IIa-快速氧化糖酵解，因為它們使用氧氣幫助將糖原轉化為ATP，以及（2）快速收縮型IIb-快速糖酵解，其依賴於ATP儲存在肌肉細胞中產生能量。2.
  • 科學家發現維持細胞外蛋白質健康的新方法!
    2020年7月15日 訊 /生物谷BIOON/ --隨著機體年齡增長，尤其是在諸如阿爾茲海默病等神經變性疾病中，蛋白質會易於發生錯誤摺疊，並且會在細胞內外進展成為有害的堆積物，其中分泌性蛋白在調節機體功能和抵禦感染上扮演著關鍵角色，近日，一項刊登在國際雜誌Nature上的研究報告中，來自圖賓根大學等機構的科學家們通過研究揭示了一種阻斷分泌性蛋白在細胞外部形成堆積物的分子機制
  • 第二章 細胞的基本生理過程
    A．特異性高 B．有飽和現象 C．有競爭性抑制現象D．可以轉運蛋白質 E．與脂肪轉運無關8．下列哪種過程屬於主動轉運過程A．二氧化碳由細胞內到細胞外 B．氧氣進入細胞內C．K+由細胞內出去 D．Ca2+由細胞內出去E．Na+進入細胞9．關於Na+泵，下列哪項敘述是錯誤的A．當細胞內Na+增多和細胞外K+增多時，可以激活
  • 德國科學家發現影響器官發育的蛋白質
    新華網柏林8月25日電（記者劉向）德國科學家近日研究發現，磷脂醯絲氨酸受體對於所有較高等級的動物和人類來說，是形成健康的器官和組織必不可少的蛋白質。　　據德國媒體報導，德國不倫瑞克市生物技術研究協會的研究人員發現，磷脂醯絲氨酸受體是構成每個細胞的基本分子。如果缺少這種蛋白質，器官發育將出現嚴重障礙。
  • 小鼠骨骼肌細胞提取物的應用
    來源：ChemicalBook背景[1-4]小鼠骨骼肌細胞提取物是從小鼠骨骼肌細胞提取的，小鼠骨骼肌細胞從正常小鼠骨骼肌組織製備，可以直接用於基因克隆，表達圖譜分析以及各種分子生物學實驗的研究。骨骼肌（skeletal muscle）又稱橫紋肌，附著在骨骼上的肌肉，肌肉中的一種。
  • 科學家發現生命構成要素的起源:最初的蛋白質長啥樣?
    早在 2018 年，美國羅格斯大學的研究人員就發現，對細胞、生命的基本組成和功能至關重要的蛋白酶，很早就已經存在，甚至設計合成了一種蛋白質模型。但生命起源最初的蛋白質究竟什麼樣？依然不清楚。圖 | 研究人員設計了一種合成的小蛋白質，該蛋白質包裹在由鐵和硫組成的金屬核心周圍，這種蛋白質可以反覆充電和放電，使其在細胞內傳輸電子，這種肽可能在生命出現早期就已經存在了，在早期的新陳代謝周期中移動電子。
  • 蛋白質修復肌肉的九個原理
    來自健身掉坑專業戶的驚嚇然而，和多數常見的健身房傳說不同，這種說法實際上有事實依據，因為通過阻力訓練達到力竭的確會造成肌肉損傷。具體地說，這種微損傷產生在構成肌纖維的肌蛋白上。肌纖維包裹在筋膜和結締組織中。肌肉纖維的最小成分是肌動蛋白和肌球蛋白微絲。根據肌絲滑行學說，肌動蛋白和肌凝蛋白相互交疊，當它們接收到來自中樞神經系統的收縮信號時，它們會相互滑動，使肌肉縮短，發生收縮。
  • 所有的生命都是由細胞構成的,每個細胞都是一個獨立的生命單位?
    荷蘭的博物學家發現了紅血球，荷蘭的解剖學家德格拉夫則發現了動物卵巢裡的細微的卵巢濾泡。像昆蟲這類小生物也可以仔細地研究了，由於已經做了一些如此精細的研究就鼓勵著人們把一種生物的結構和另一種生物的結構去進行仔細的比較。英國的植物學家格魯是第一個值得注意的比較解剖學家，1675年他發表了對各種樹木和樹幹進行比較的研究。
  • 《生物提高》細胞是生物體結構和功能的基本單位
    除病毒外，生物體都是由細胞構成的，細胞是生物體結構和功能的基本單位。
  • 細胞內的核糖體不盡相同:主要由rRNA和蛋白質構成
    核糖體是細胞內蛋白質生成的重要場所，有著蛋白質「合成工廠」之稱。當經由轉錄過程生成的mRNA從細胞核出來後，核糖體會與之結合，並在tRNA的協助下啟動翻譯過程形成蛋白質。在真核生物的進化過程中，核糖體的大小也明顯增加，主要由rRNA和蛋白質構成。
  • 06考研西醫生理學細胞的基本功能部分模擬試題及答案
    8.蛋白質、脂肪等大分子物質進出細胞的轉動方式是_______和_______.　　9.O2和CO2通過紅細胞膜的方式是_______；神經末梢釋放遞質的過程屬於。　　10.正常狀態下細胞內K＋濃度_______細胞外，細胞外Na＋濃度_______細胞內。
  • 發現細胞分裂中收縮環作用機理
    美國加州大學聖地牙哥醫學院路德維格癌症研究所的科學家日前表示，在一項旨在促進癌症治療效果的研究中，他們發現了在細胞分裂過程中收縮環的作用機理。研究顯示，收縮環的作用是細胞分裂的一個重要步驟，它使得母細胞分裂成兩個子細胞。
  • 蛋白質的功能知多少
    絕大多數酶都是蛋白質。生物體內的各種化學反應幾乎都是在相應的酶參與下進行的。二、構成生物體——結構蛋白蛋白質另一個重要的生物學功能是作為生物體的結構成分。例如，細胞中的細胞膜、線粒體、葉綠體和內質網等都是由不溶性蛋白質與脂質組成的。
  • 構成人體的基本單位是什麼?其構造如何?
    細胞是組成人體結構和功能的基本單位。它是由細胞膜、細胞質和細胞核三部分組成。（1）細胞膜是指包圍在細胞外的薄膜，其主要功能是保持細胞的完整性;控制離子和分子的出入，實現細胞內外的物質交換;控制和調節細胞的代謝和生理功能活動。(2)細胞質是位於細胞膜和細胞核之間的透明膠狀物質，它是由基質、細胞器、內含物三部分組成。
  • 科學家找到研究蛋白質運動的方法
    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。