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细胞火车轨道的畸形揭示了神经系统疾病

细胞火车轨道的畸形揭示了神经系统疾病

一项新技术允许研究人员测试微小的火车轨道样细胞蛋白质的变形如何影响它们的功能。这些发现可能会澄清变形的“微管”在创伤性脑损伤和类似帕金森症的神经系统疾病中的作用。

微管是一种类似于管的蛋白质,它的作用就像火车轨道,使其他细胞蛋白质在运输分子货物的过程中移动。在某些疾病中,它们会变形,影响这一运输过程。但是科学家们还没有开发出一种实验装置来让他们正确地研究这个问题。

在发表于ACS应用生物材料的研究中,北海道大学的生物物理学家Akira Kakugo和他的同事开发了一种新技术,使他们能够控制微管的变形并观察其对其运输功能的影响。

微管被蛋白质固定在一个有弹性的“微拉伸器”上。当微拉伸器被拉紧时,微管平行于未变形的表面。微拉伸器逐渐放松导致微管弯曲。

科学家们将一种叫做动力蛋白的运动蛋白附着在微管上。在细胞内,动力蛋白似乎是在微管中运输货物。在实验中,动力蛋白与荧光物质结合。然后,科学家们观察了拉伸和放松微拉伸器是如何影响微管运动的。

细胞火车轨道的畸形揭示了神经系统疾病

他们发现,随着微管开始弯曲,动力货物移动得更快,但只是在一定程度上。一旦失稳应变达到25%,移动的蛋白质和货物就开始减速。当微管进一步弯曲时,它们显示完全停止。科学家们还注意到,弯曲的微管的不同部位的移动速度也不同。

研究人员认为,这些微管动力学的改变可能是它们在调节众多细胞活动中发挥作用的基础。他们下一步希望研究微管变形如何影响另一种运动蛋白,即肌动蛋白在其表面的运动。

“我们的实验装置使我们能够研究微管的变形和它们的生物功能之间的关系,”Kakugo说。“我们对这个过程了解得越多,我们就越有可能设计出新的自然材料,以类似的方式发挥作用。”

研究小组的Syeda Rubaiya Nasrin补充说:“这些发现也有望帮助解释外伤性脑损伤的病理学,即机械地压迫细胞,以及神经系统疾病,如亨廷顿舞蹈症和帕金森氏症,在这些疾病中,微管被认为是失灵的。”

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