《Nature丨泵浦激光对超快肌红蛋白结构动力学的影响》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-02-20
  • 2024年2月14日,马克斯·普朗克研究所等机构的研究人员在Nature在线发表了题为Influence of pump laser fluence on ultrafast myoglobin structural dynamics的文章。

    来自x射线自由电子激光器的高强度飞秒脉冲使研究光诱导反应中电子和核变化的泵浦探测实验成为可能。在从飞秒到毫秒的时间尺度上,对于各种生物系统,时间分辨系列飞秒晶体学(TR-SFX)已经为光诱导异构化、化学键断裂或形成以及电子转移提供了详细的结构数据。然而,迄今为止所有的超快TR-SFX研究都采用了如此高的泵浦激光能量,名义上每个发色团吸收了几个光子。由于多光子吸收可能会迫使蛋白质反应进入非生理途径,因此这种实验方法是否能够得出与生物学相关的单光子诱导反应的有效结论是非常值得关注的

    该研究描述了超快泵浦探针SFX实验对羧肌红蛋白的光解,表明不同的泵浦激光影响产生明显不同的结果。特别是,结构变化的动力学和观察到的Fe-CO键距离的重要机械相干振荡的指标(由最近的量子波包动力学预测被认为强烈依赖于泵浦激光能量,与量子化学分析一致。该研究结果证实了在线性光激发下进行超快TR-SFX泵浦探针实验的可行性和必要性。研究人员认为这是重新评估超快TR-SFX泵浦探针实验的设计和解释的起点,从而产生与机械相关的见解。

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    • 编译者:李康音
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    • 本文内容转载自“学术经纬”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/SlgrwWqbcMMCAw6n_VFykQ 2023年11月1日,马克斯·普朗克分子生理学研究所的Stefan Raunser团队在Nature杂志发布了题为Structure of the native myosin filament in the relaxed cardiac sarcomere的研究论文。研究借助特异性针对肌肉样本的冷冻电镜流程,观察到了心脏肌节在天然状态下的特定分子结构,并且制作出了首张肌节粗肌丝结构的高分辨率图片。 为了更清晰地看到天然心肌中的微观细节,研究人员优化了冷冻电镜观察实验的流程,他们在获取到哺乳动物的心肌样本后,会将样本置于-175℃条件下急冻,这样可以保持心肌样本天然状态下的水合作用和精细结构。随后作者会借助聚焦离子束的显微切割技术,将样本切割至约100纳米厚度,并且根据一条轴向收集切割的组织样本,所有的样本会通过电镜进行拍摄记录。最后,研究者会使用计算机将一条轴向的所有纳米组织切片图谱进行整合,最后重建成三维的粗肌丝结构图。 最终的图像包含了500纳米的粗肌丝,其中各个结构非常清晰地展现在了研究者面前。图像显示,肌凝蛋白分子的排列方式是由它们在粗肌丝的位置决定的,这可能可以让粗肌丝接收和处理大量的肌肉调节信号,从而在不同区域调节肌肉的收缩强度。除此之外,三对肌联蛋白α链和β链会沿着粗肌丝行进,并且与肌凝蛋白尾部缠绕在一起,它们可能协调了肌节的激活过程。而肌凝蛋白结合蛋白C可以在粗肌丝和细肌丝之间搭建桥梁,并以一种特殊的方式稳定了肌凝蛋白的头部。 Raunser教授指出,这是第一张心脏粗肌丝的细节图像,“我们的目标是在未来绘制出完整的肌节图像,目前的粗肌丝是来源于放松状态下的肌肉,而收缩时的肌节我们同样希望进行研究。”这些综合结果将帮助我们更好地了解心肌疾病的发病机制和根源,加速创新疗法的研发。
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    • 本文内容转载自“CNS推送BioMed”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/7yHvn3XxL5sj8VyLZAHH6w 2023年11月1日,麻省大学和肯塔基大学的研究人员在Nature发表题为Cryo-EM structure of the human cardiac myosin filament的文章。 心脏的泵送是由运动蛋白肌凝蛋白的细丝驱动的,肌凝蛋白拉动肌动蛋白细丝产生心脏收缩。除了肌凝蛋白,这些纤维还含有心肌肌凝蛋白结合蛋白C (cMyBP-C)和肌凝蛋白(titin),前者在生理刺激下调节收缩性,后者作为纤维组装的支架。肌凝蛋白、cMyBP-C和titin都容易发生突变,从而导致心力衰竭。尽管心肌肌球蛋白细丝对生命至关重要,但其分子结构60年来一直是个谜。 该研究用冷冻电子显微镜解决了人类心脏丝的主要(含cmybp -c)区域的结构。重建揭示了titin和cMyBP-C的结构,并显示了肌球蛋白的运动结构域(头部)如何形成三种不同类型的基序(提供功能灵活性),它们彼此相互作用,并与titin和cMyBP-C相互作用,以决定丝结构和功能。肌凝蛋白尾部在纤维主干中的堆积也得到了解决。该结构提示cMyBP-C如何帮助产生心脏超放松状态;titin和cMyBP-C如何促进长度依赖性激活;以及肌球蛋白和cMyBP-C的突变如何干扰相互作用,从而导致疾病。重建解决了过去的不确定性,并整合了以前的心肌结构和功能数据。它为解释结构、生理和临床观察以及潜在治疗药物的设计提供了新的范式。