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Cell:肌肉是如何工作的

日期:2014-11-28 08:57:00

 維也納大學(xué)和倫敦國(guó)王學(xué)院(KCL)的研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)八年努力,闡明了一個(gè)基礎(chǔ)肌蛋白的分子結(jié)構(gòu)和調(diào)控機(jī)制。這項(xiàng)發(fā)表在Cell雜志上的研究,將有助于改進(jìn)相關(guān)疾病的治療。

 

絕大多數(shù)動(dòng)物依靠肌肉才能行動(dòng),而肌肉的最小功能單位是肌小節(jié)。“肌小節(jié)主要由肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白纖維組成。肌肉收縮不僅依賴(lài)于這些纖維的彼此滑動(dòng),還需要肌動(dòng)蛋白纖維錨定在Z盤(pán)(Z-discs)上。α輔肌動(dòng)蛋白(α-actinin)是Z盤(pán)的主要蛋白,它還負(fù)責(zé)錨定另一個(gè)蛋白titinTitin確保肌小節(jié)的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白纖維正確定位,并在肌肉活動(dòng)結(jié)束后將肌小節(jié)調(diào)節(jié)到原始長(zhǎng)度,”這項(xiàng)研究的領(lǐng)導(dǎo)者,維也納大學(xué)的Kristina Djinović-Carugo說(shuō)。

 

α輔肌動(dòng)蛋白的重要性

 

α輔肌動(dòng)蛋白是一個(gè)非?;A(chǔ)的蛋白,這種蛋白缺失會(huì)導(dǎo)致胚胎死亡,它的功能異常會(huì)引起嚴(yán)重的疾病,比如肌營(yíng)養(yǎng)不良癥和心肌疾病。了解α輔肌動(dòng)蛋白的詳細(xì)結(jié)構(gòu),就能更好的理解疾病相關(guān)突變,幫助人們更好的進(jìn)行診斷和治療。

 

“我們通過(guò)X射線晶體學(xué)技術(shù)確定了α輔肌動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu)。獲得質(zhì)量足夠高的蛋白就花了好幾年時(shí)間,”Kristina Djinović-Carugo介紹到。

 

意大利螺旋面一樣的結(jié)構(gòu)

 

研究顯示,α輔肌動(dòng)蛋白由頭部、頸部和桿狀主體組成,兩個(gè)α輔肌動(dòng)蛋白會(huì)形成對(duì)稱(chēng)的復(fù)合體,看上去有點(diǎn)像意大利螺旋面。蛋白的頭部負(fù)責(zé)結(jié)合肌動(dòng)蛋白,而桿狀主體末端的L形部件與另一個(gè)分子的頸部互作。這種結(jié)構(gòu)不僅能同時(shí)結(jié)合肌動(dòng)蛋白和titin,還將它們錨定在Z盤(pán)上。

 

脂肪酸PIP2的調(diào)節(jié)

 

“人們一直推測(cè),α輔肌動(dòng)蛋白與titin之間的互作受到脂肪酸PIP2的調(diào)節(jié),這一機(jī)制控制著蛋白開(kāi)啟和關(guān)閉。我們首次揭示了這個(gè)具體過(guò)程,PIP2如何開(kāi)/關(guān)α輔肌動(dòng)蛋白,進(jìn)而調(diào)節(jié)它與肌動(dòng)蛋白和titin的結(jié)合,”Kristina Djinović-Carugo說(shuō)。

 

PIP2不存在時(shí),α輔肌動(dòng)蛋白的L形部件結(jié)合在另一個(gè)分子的頸部。如果PIP2出現(xiàn),這個(gè)部件就從頸部解離轉(zhuǎn)而結(jié)合titin。破壞α輔肌動(dòng)蛋白的PIP2結(jié)合位點(diǎn),或者讓α輔肌動(dòng)蛋白永久結(jié)合titin,肌小節(jié)都會(huì)喪失有序結(jié)構(gòu)。

 

這項(xiàng)研究闡明了肌肉建立和收縮的分子機(jī)制,可以幫助人們更好的惡理解遺傳性和獲得性肌病,以便開(kāi)發(fā)出新的治療策略。

 


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