當(dāng)我們體內(nèi)的細(xì)胞需要移動(例如，攻擊感染或治愈傷口)時，細(xì)胞蛋白質(zhì)會發(fā)送和接收一系列信號，這些信號將細(xì)胞在正確的時間引導(dǎo)到正確的位置。這是癌細(xì)胞可以劫持以擴散到新的組織和器官的過程。

現(xiàn)在，由密歇根大學(xué)生命科學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員闡明了這一過程的關(guān)鍵驅(qū)動力。這項發(fā)現(xiàn)計劃于10月16日發(fā)表在《科學(xué)進展》上，不僅對正常健康狀況下的細(xì)胞遷移，而且對乳腺癌，前列腺癌和其他類型的癌癥都提供了重要的見解。

研究人員專門探測了一種叫做P-Rex1的蛋白質(zhì)(磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸依賴性Rac交換子1)，當(dāng)它與另一種蛋白質(zhì)Gbg結(jié)合時會被激活。盡管在15年前就發(fā)現(xiàn)了P-Rex1，但對這兩種蛋白質(zhì)如何相互作用以及這種相互作用如何導(dǎo)致細(xì)胞運動的了解仍然很少。

研究人員結(jié)合結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)技術(shù)，揭示了與Gbg結(jié)合的P-Rex1的結(jié)構(gòu)，提供了這種復(fù)雜激活過程如何展開的快照。

LSI研究人員，該研究的主要作者詹妮弗·卡什(Jennifer Cash)說：“了解這種蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)可提供機制細(xì)節(jié)，使我們能夠了解其調(diào)控方式。”“而且當(dāng)我們了解它的調(diào)控方式時，我們可以開始考慮如何修改該調(diào)控并抑制癌癥中的P-Rex1信號傳導(dǎo)。”

研究小組發(fā)現(xiàn)，Gbg結(jié)合到P-Rex1的廣泛表面上，該表面由幾個不同的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域組成。先前的研究提供了關(guān)于哪個域(或多個域)綁定Gbg的爭論。但是這項最新研究能夠通過使用較新的技術(shù)從更大角度了解蛋白質(zhì)來解決沖突。

普渡大學(xué)(Purdue University)生物科學(xué)教授，該研究的資深作者之一約翰·特斯默(John Tesmer)表示：“我們想從整體上看待這種酶，為此，我們確實需要進入冷凍電磁法。”

低溫電子顯微鏡或低溫電子顯微鏡使研究人員能夠研究使用其他結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)(例如P-Rex1的復(fù)雜，交織結(jié)構(gòu))無法可視化的蛋白質(zhì)。該過程涉及將蛋白質(zhì)凍結(jié)在薄薄的水層中，然后使用電子捕獲其形狀的圖像。然后，將數(shù)十萬張圖像平均以創(chuàng)建3-D結(jié)構(gòu)。

LSI助理教授，該研究的高級作者邁克爾·西恩弗羅科說，除了闡明Gbg如何結(jié)合和激活P-Rex1外，這些新發(fā)現(xiàn)還成為冷凍EM發(fā)展的重要試金石。

用cryo-EM測定的大多數(shù)結(jié)構(gòu)是較大的對稱分子。相比之下，P-Rex1的結(jié)果代表了迄今為止通過cryo-EM實現(xiàn)的最小的不對稱蛋白質(zhì)的高分辨率結(jié)構(gòu)。此外，P-Rex1中的一個大結(jié)構(gòu)域具有以前沒有在任何其他哺乳動物蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)或折疊，因此需要研究小組逐一構(gòu)建它-這是一項用冷凍EM數(shù)據(jù)完成的艱巨任務(wù)。

密西根大學(xué)醫(yī)學(xué)院的生物化學(xué)助理教授Cianfrocco說：“ Cryo-EM仍然是一個相對較新的領(lǐng)域，人們真的很想知道可以將其極限推進多遠。”

《科學(xué)進展》的論文的標(biāo)題為“ Cryo電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)和P-Rex1-Gbg信號支架的分析”。