《Nature | 人心肌肌球蛋白细丝的低温电镜结构》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2023-11-06
  • 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。


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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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