细胞生长的关键调节器被科学家破译

细胞生长的关键调节器被科学家破译这一结构的发现使人们更好地了解了细胞如何感知营养水平以控制其生长。这项研究最近发表在《自然》杂志上。从酵母到人类，mTOR蛋白（哺乳动物雷帕霉素的目标）是细胞生长的核心控制器。这种蛋白质对环境线索（如营养物质和激素）做出反应，并控制几个关键的细胞功能，如蛋白质和脂质的合成，线粒体的能量生产，以及细胞结构组织。mTOR活动的中断是许多疾病的根源，包括糖尿病、肥胖、癫痫和几种类型的癌症。同一个复合体中的两种对立功能UNIGE理学院分子和细胞生物学系教授、国家化学生物学研究能力中心主任RobbieLoewith的实验室对mTOR的调控感兴趣，特别是SEA复合体，它是营养物质的直接传感器，控制mTOR的活性。SEA复合物由八个蛋白质组成。SEA复合体的一部分（SEACIT）参与抑制mTOR的活性，而另一部分（SEACAT）则参与其激活。在没有营养物质的情况下，mTOR蛋白被SEACIT亚复合体阻断，细胞生长因此被阻止。相反，在有营养物质的情况下，SEACAT亚复合物被认为会抑制SEACIT亚复合物，后者不能再阻断mTOR蛋白。然后中央控制器可以在细胞生长中发挥其激活作用，例如，刺激蛋白质和脂质的生产。SEACAT如何调控SEACIT仍不为人所知。确定结构以了解功能为了确定SEA复合物的蛋白质之间的相互作用，从而更好地了解它们如何工作，研究人员着手确定这一复合物的结构。在将SEA复合物与细胞中的所有其他成分进行生化分离后，科学家们利用UNIGE、UNIL和EPFL的Dubochet成像中心的技术，通过低温电子显微镜（cryo-EM）获得其分子结构。分子和细胞生物学系的研究员、该研究的第一作者LucasTafur解释说："通过在-180°C下快速冷冻样品，低温电子显微镜可以获得蛋白质在其原始状态下的结构，即其功能性的三维形式。"SEACAT是必要的，但不是充分的随后研究人员在实验室中测试了该复合物不同组成部分的生化活动。尽管SEACAT亚复合物处于活跃状态（如在营养物质存在的情况下），但他们观察到，SEACIT亚复合物仍具有活性，能够阻断mTOR。''这个结果非常出乎意料，因为SEACAT长期以来被描述为SEACIT的直接抑制剂。因此，我们预计SEACIT在活性SEACAT的存在下是不活跃的。我们的结果显示，SEACAT更多的是作为招募其他调节蛋白的支架，因此，它的存在对于抑制SEACIT是必要的，但不是充分的，"该研究的最后一位作者RobbieLoewith解释说。"获得SEA复合物的结构可以突出mTOR调节级联中的缺失环节。当然，我们现在需要确定与这一复合体相关的尚不为人知的伙伴，这些新的因素可能被证明是mTOR活动加剧的肿瘤的治疗目标。"LucasTafur总结道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334839.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334839.htm

科学家用最先进的成像技术揭开细胞结构的神秘面纱

科学家用最先进的成像技术揭开细胞结构的神秘面纱沿纵轴切开并从上方观察的人类中心粒模型。图片来源：©CentrioleLab这种细胞器对细胞骨架的组织至关重要，在功能障碍的情况下与某些癌症、脑部疾病或视网膜疾病有关。这项发表在《细胞》（Cell）杂志上的研究成果阐明了中心粒组装的复杂性。它还为研究其他细胞器开辟了许多新途径。细胞器的形成是按照连续的蛋白质招募事件的精确序列进行的。通过实时观察这种组装过程，可以更好地了解这些蛋白质在细胞器结构或功能中的作用。然而，要获得具有足够分辨率的视频序列来分辨如此复杂的显微元件，却面临着许多技术限制。为更好地观察细胞而充气中心粒尤其如此，这个尺寸不到500纳米（千分之五毫米）的细胞器由大约100种不同的蛋白质组成，分为六个亚结构域。直到几年前，人们还无法看到中心粒结构的细节。联合国大学理学院分子和细胞生物学系联合研究主任保罗-吉夏尔（PaulGuichard）和维吉妮-哈梅尔（VirginieHamel）的实验室利用膨胀显微镜技术改变了这一局面。这项尖端技术可以使细胞及其成分在不变形的情况下逐渐膨胀，这样就可以使用传统显微镜以极高的分辨率对它们进行观察。以如此高的分辨率获取中心粒图像可以确定蛋白质在特定时间的确切位置，但却无法提供关于亚结构域或单个蛋白质出现顺序的信息。该研究的第一作者、前联合国工程师学会研究和教学人员MarineLaporte利用膨胀显微镜分析了一千多个中心粒在不同生长阶段的六个结构域中24种蛋白质的位置。重组图片，让它们运转起来"在这项非常繁琐的工作之后，我们进行了伪时间运动学重建。换句话说，我们能够将中心粒生物发生过程中随机拍摄的数千张图像按时间顺序排列起来，利用我们开发的计算机分析方法重建中心粒亚结构形成的各个阶段，"这项研究的共同负责人维吉妮-哈梅尔解释说。这种独特的方法结合了极高分辨率的膨胀显微镜和运动学重建，使我们能够首次建立人类中心粒的4D组装模型。保罗-吉夏尔总结说："我们的工作不仅加深了我们对中心粒形成的理解，还为细胞和分子生物学开辟了令人难以置信的前景，因为这种方法可以应用于其他大分子和细胞结构，研究它们在空间和时间维度上的组装。"编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427550.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427550.htm

科学家用新的无细胞蛋白质结晶方法推进结构生物学的发展

科学家用新的无细胞蛋白质结晶方法推进结构生物学的发展东京理工大学开发了一种新的无细胞蛋白质结晶（CFPC）方法，包括直接的蛋白质结晶，是结构生物学领域的一个重大进步。这项技术将使我们能够分析用传统方法无法研究的不稳定的蛋白质。分析这些将增加我们对细胞过程和功能的了解。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1323455.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1323455.htm

科学家发现自然界最大细胞中神秘漩涡运动的起源

科学家发现自然界最大细胞中神秘漩涡运动的起源最新研究揭示了卵细胞中"漩涡状"流动背后的自然机制，这种流动对营养物质的高效分配至关重要。这些发现是通过先进的建模和实验方法实现的，为细胞运输提供了新的见解，并可能影响更广泛的生物学研究。模拟微管如何弯曲并引导成熟卵细胞中的物质形成旋涡状流动的快照。图片来源：S.Dutta等人科学家们早就知道，成熟的卵细胞（称为卵母细胞）会在内部产生类似旋涡的液流来运输营养物质，但这些液流是如何产生的一直是个谜。现在，Flatiron研究所的计算科学家与普林斯顿大学和西北大学的合作者共同领导的研究揭示了这些流动--看起来就像微型龙卷风--是由一些细胞成分的相互作用有机产生的。他们的研究成果发表在四月号的《自然-物理》（NaturePhysics）杂志上，他们利用理论、先进的计算机建模和果蝇卵细胞实验揭示了龙卷风的力学原理。这些成果有助于科学家们更好地理解有关卵细胞发育和细胞运输的基础问题。"我们的发现代表了这一领域的一大飞跃，"共同作者、Flatiron研究所计算生物学中心（CCB）主任迈克尔-谢利（MichaelShelley）说。"我们能够应用多年来从其他研究中获得的先进数值技术，这让我们能够比以往更好地看待这个问题。"在一个典型的人体细胞中，一个典型的蛋白质分子通过扩散从细胞的一侧蜿蜒到另一侧只需要10到15秒；而在一个小型细菌细胞中，这一过程只需要一秒钟。但在本文研究的果蝇卵细胞中，单是扩散就需要一整天的时间--这对细胞的正常功能来说时间太长了。相反，这些卵细胞发展出了"旋风流"，它在卵细胞内部盘旋，迅速分配蛋白质和营养物质，就像龙卷风能把物质卷起并移动到比风更远更快的地方一样。在这段循环播放的卵母细胞视频中，可以看到物质在整个生长细胞中循环并帮助分配养分。图片来源：S.Dutta等人"受精后，卵母细胞将成为未来的动物，"该研究的合著者、普林斯顿大学和中央研究院的研究员萨扬坦-杜塔（SayantanDutta）说。"如果破坏了卵母细胞中的流动，所产生的胚胎就不会发育"。研究人员使用了Flatiron研究所研究人员开发的一款名为SkellySim的先进开源生物物理学软件包。通过SkellySim，他们模拟了参与制造细胞的成分。其中包括微管--细胞内部的柔性细丝--和分子马达，分子马达是作为细胞工作母机的特化蛋白质，携带着被称为有效载荷的特殊分子组。科学家还不太清楚这些有效载荷是由什么组成的，但它们在产生气流中起着关键作用。研究人员模拟了数以千计的微管在载荷分子马达的作用力下的运动。通过在实验和模拟之间来回切换，研究人员得以了解旋流的结构，以及它们是如何从细胞液和微管之间的相互作用中产生的。"我们的理论工作使我们能够放大并以三维方式实际测量和可视化这些旋涡，"该研究的合著者、CCB研究科学家RezaFarhadifar说。"我们看到了这些微管如何在没有任何外部线索的情况下，通过自组织产生大规模流动。"在这段循环播放的卵母细胞视频中，可以看到物质在整个生长细胞中循环并帮助分配养分。图片来源：S.Dutta等人模型显示，在卵母细胞内部，微管在分子马达的作用下发生弯曲。当微管在这种负荷下屈曲或弯曲时，会导致周围液体移动，从而使其他微管重新定向。在一个足够大的弯曲微管群中，所有微管都朝同一方向弯曲，流体流动就会变得"合作"。随着微管的集体弯曲，移动的有效载荷在整个卵子中形成漩涡或漩涡状流动，帮助分子分散到细胞周围。有了漩涡，分子可以在20分钟而不是20小时内穿过细胞。谢利说："该模型显示，该系统具有令人难以置信的自我组织能力，能够创造出这种功能性流动。而只需要一些成分--只有微管、细胞的几何形状和携带有效载荷的分子马达。"这些新发现为更好地了解卵细胞的发育奠定了基础。这些结果还有助于揭开其他细胞类型中物质运输的神秘面纱。"既然我们知道了这些漩涡是如何形成的，我们就可以提出更深层次的问题，比如它们是如何混合细胞内的分子的？这开启了理论与实验之间的新对话。"法哈迪法尔说。"这项新研究让人们对微管有了全新的认识。微管在植物和动物等几乎所有真核生物的各种细胞类型和细胞功能（如细胞分裂）中发挥着核心作用。这使它们成为"细胞工具箱中非常重要的一部分"，Dutta说。"通过更好地理解它们的机制，我认为我们的模型将有助于推动细胞生物物理学中许多其他非常有趣的问题的发展"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428137.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428137.htm

科学家发现细菌细胞壁的新致命弱点

科学家发现细菌细胞壁的新致命弱点新月柄杆菌是一种新月形二形细菌，是研究细菌细胞周期调控、细胞分化和形态发生的主要模式生物之一。使用DNA-PAINT技术观察细胞，染色体DNA被染成蓝色，细胞膜被染成红色。图片来源：马克斯-普朗克陆地微生物研究所/埃尔南德斯-塔马约在进化过程中，细胞发展出了多种策略来加强其包膜以抵御内部渗透压，从而使它们能够在各种不同的环境中生长。大多数细菌种类都会在细胞质膜周围合成半刚性细胞壁，其主要成分肽聚糖会形成一个致密的网状结构，将细胞包裹起来。细胞壁除了起保护作用外，还能形成特定的细胞形状，如球形、棒状或螺旋形，从而有利于运动、表面定植和致病。细胞壁的存在也带来了挑战：细胞必须不断重塑细胞壁才能生长和分裂。为此，细胞必须小心翼翼地撕裂细胞壁，使其扩张和变化，同时迅速用新材料修补缝隙，防止细胞壁坍塌。这种细胞壁重塑过程包括裂解酶（又称自溶酶）对键的裂解，以及随后肽聚糖合成酶对新细胞壁材料的插入。这两组相互对抗的蛋白质的活动必须密切协调，以防止肽聚糖层出现薄弱点，导致细胞溶解和死亡。马克斯-普朗克陆地微生物学研究所研究员、马尔堡大学微生物学教授马丁-坦比希勒领导的研究小组开始研究自溶机制的组成和功能。他们的研究重点是淡水环境中的新月柄杆菌，这种细菌被广泛用作研究细菌基本细胞过程的模式生物。Thanbichler认为，研究自溶蛋白的功能是一项具有挑战性的任务。"虽然我们对合成机器有很多了解，但自溶蛋白被证明是一个难以攻克的难题"。Thanbichler团队的博士后研究员MariaBillini补充说："细菌通常含有多种类型的自溶蛋白，它们来自不同的酶家族，具有不同的靶标。这意味着这些蛋白质具有高度冗余性，删除单个自溶蛋白基因往往对细胞形态和生长影响甚微。"通过共免共沉淀筛选和体外蛋白质-蛋白质相互作用试验对潜在的自溶蛋白调节因子进行分析后发现，一种名为DipM的因子在细菌细胞壁重塑过程中发挥着关键作用。这种关键的调节因子是一种可溶性的周质蛋白，竟然与几类自溶蛋白以及一种细胞分裂因子相互作用，显示出这种调节因子以前未知的杂交性。DipM能够刺激两种活性和折叠方式完全不同的肽聚糖分解酶的活性，这使它成为第一个被发现的能够控制两类自溶酶的调节因子。值得注意的是，研究结果还表明，DipM使用单一界面与其各种靶标相互作用。这项研究的第一作者、博士生阿德里安-伊斯基耶多-马丁内斯（AdrianIzquierdoMartinez）说："破坏DipM会导致细胞壁重塑和分裂过程的各个环节失去调控，最终导致细胞死亡。"因此，它作为自溶蛋白活性协调者的适当功能对于新月柄杆菌正常的细胞形状维持和细胞分裂至关重要。"对DipM的全面表征揭示了一个新颖的相互作用网络，包括一个自我强化环，它将溶解性转糖基酶和可能的其他自溶蛋白与新月柄杆菌细胞分裂装置的核心连接起来，也很可能与其他细菌的细胞分裂装置连接起来。因此，DipM协调着一个复杂的自溶蛋白网络，其拓扑结构与之前研究的自溶蛋白系统大不相同。马丁-坦比希勒（MartinThanbichler）指出："这种多酶调节器的功能失常会同时影响多个与细胞壁相关的过程，对它们的研究不仅有助于我们了解细胞壁如何对细胞或环境的变化做出反应。它还有助于开发新的治疗策略，通过同时破坏几种自溶途径来对付细菌"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376317.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376317.htm

科学家发现癌细胞自毁新方式

科学家发现癌细胞自毁新方式化疗会杀死癌细胞，但这些细胞的死亡方式似乎与之前理解的不同。荷兰癌症研究所研究人员发现了一种全新的癌细胞死亡方式，由SLFN11基因起主导作用。许多癌症治疗都会损害细胞DNA。在遭受太多不可挽回的损害后，细胞可能会自行死亡。研究人员发现，如果DNA受损，基因SLFN11会关闭细胞的蛋白质工厂——核糖体。这会给这些细胞带来巨大压力，从而导致它们死亡。相关研究结果发表在17日出版的《科学》杂志上。