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

揭开细胞动力源的秘密：科学家们揭开了线粒体的蛋白质图谱

揭开细胞动力源的秘密：科学家们揭开了线粒体的蛋白质图谱线粒体是细胞的"动力室"，在生物体的能量生产中发挥着关键作用，并参与各种代谢和信号过程。来自波恩大学医院和弗莱堡大学的研究人员现在已经对线粒体内的蛋白质组织有了系统的了解。线粒体的蛋白质图谱为进一步探索这些细胞动力源的功能奠定了重要基础，并对疾病的理解产生了影响。这项新研究最近发表在著名的《自然》杂志上。线粒体是细胞的重要组成部分，被一层双膜所包围，将它们与细胞的其他部分分开。它们产生维持这些活动所需的大部分能量。除了能量生产，线粒体在新陈代谢和信号传递中发挥着关键作用，作为炎症过程和程序性细胞死亡的表面。从线粒体进入门移除被捕蛋白质的质量控制机制的模型。资料来源：Schulte等人，2023年《自然》杂志线粒体的缺陷导致了许多疾病，尤其是神经系统的疾病。因此，对线粒体过程的分子理解对基础医学研究具有最重要的意义。细胞中的分子工作者通常是蛋白质。线粒体可以包含大约1000个或更多不同的蛋白质。为了执行功能，这些分子中的几个经常一起工作，形成一个蛋白质机器，也称为蛋白质复合物。蛋白质还在分子过程的执行和调节中相互作用。然而，人们对线粒体蛋白质在这种复合体中的组织结构知之甚少。英国广播公司的托马斯-贝克尔教授和法比安-登-布拉夫博士的研究小组与弗莱堡大学的贝恩德-法克勒教授、乌韦-舒尔特博士和尼古拉斯-普凡纳教授的研究小组一起，创建了一个蛋白质复合物中蛋白质组织的高分辨率图像，称为MitCOM。这涉及一种被称为复合体分析的特殊方法，以前所未有的分辨率记录单个蛋白质的指纹。MitCOM揭示了来自面包酵母的90%以上的线粒体蛋白在蛋白质复合物中的组织。这使得新的蛋白质-蛋白质相互作用和蛋白质复合体的鉴定成为可能--这对进一步的研究非常重要。UKB的研究人员与合作研究中心1218"线粒体对细胞功能的调节"项目合作，展示了这一数据集如何被用来阐明新的过程。线粒体从细胞的液体部分（称为细胞膜）输入99%的蛋白质。在这个过程中，一种被称为TOM复合体的机制使这些蛋白质通过膜被吸收到线粒体中。然而，当蛋白质在运输过程中被卡住时，它们是如何从TOM复合体中移除的，这一点在很大程度上还不清楚。为了阐明这一点，Becker教授和denBrave博士领导的团队使用了MitCOM数据集的信息。结果表明，非输入的蛋白质被专门标记为细胞降解。博士生ArushiGupta的研究进一步揭示了这些被标记的蛋白质随后被定向降解的途径。了解这些过程很重要，因为蛋白质输入的缺陷可能导致细胞损伤和神经系统疾病。"我们研究中的例子证明了MitCOM数据集在阐明新机制和途径方面的巨大潜力。因此，这个蛋白质地图代表了进一步研究的重要信息来源，它将帮助我们了解细胞动力源的功能和起源，"UKB生物化学和分子生物学研究所所长贝克尔教授说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348957.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348957.htm

将细胞变成 "僵尸"：科学家发现了弓形虫感染30%人类的秘密

将细胞变成"僵尸"：科学家发现了弓形虫感染30%人类的秘密为了对抗感染，免疫细胞在体内的各种作用受到了非常严格的监管。弓形虫如何感染如此多的人和动物物种并迅速传播，长期以来一直是科学家的一个谜。斯德哥尔摩大学Wenner-Gren研究所分子生物科学系的研究员ArnetenHoeve说："我们现在发现了一种蛋白质，寄生虫用它来重新编程免疫系统。"根据该研究，寄生虫将蛋白质注入免疫细胞的细胞核，改变细胞的身份。免疫细胞被寄生虫欺骗，认为它们是一种不同的细胞。这改变了免疫细胞的基因表达和行为。弓形虫导致本不应该在体内移动的受感染细胞迅速移动，使寄生虫传播到不同的器官。被弓形虫寄生虫感染的多个免疫细胞（红色）。细胞的表面被染成绿色，细胞核为蓝色。资料来源：AntonioBarragan弓形虫被描述为将免疫细胞转化为特洛伊木马或游荡的"僵尸"，传播寄生虫。最近发表的研究为这一现象提供了一个分子解释，并证明了该寄生虫在传播过程中的针对性比以前认为的要强很多。"令人惊讶的是，寄生虫以如此巧妙的方式成功地劫持了免疫细胞的身份。我们相信，这些发现可以解释为什么弓形虫在感染人类和动物时在体内的传播如此高效，"领导这项研究的安东尼奥-巴拉甘教授说，这项研究是与法国和美国的研究人员合作进行的。有关寄生虫弓形虫和弓形虫病的信息弓形虫病可能是全球人类中最常见的寄生虫感染。弓形虫也感染许多动物物种（人畜共患病），包括我们的宠物。世界卫生组织估计，世界上至少有30%的人类是这种寄生虫的携带者。研究表明，15-20%的瑞典人口携带这种寄生虫（绝大多数人都不知道）。其他几个欧洲国家的发病率更高。猫科动物（不仅仅是家猫），在弓形虫的生命周期中有一个特殊的位置：只有在它们的肠道中才会发生有性繁殖。在其他宿主中，例如人类、狗或鸟类，繁殖是通过寄生虫的分裂进行的。弓形虫通过食物和与猫的接触传播。在自然界中，寄生虫优先从啮齿动物传播到猫，再传播到啮齿动物，如此循环。寄生虫在啮齿动物的大脑中"沉睡"，当猫吃了老鼠后，它们在猫的肠道中繁殖并通过粪便排出。寄生虫最终出现在植被中，当啮齿动物吃了植被就会被感染。人类通过食用肉类或通过接触猫，特别是猫的粪便而被感染。这种寄生虫会导致弓形虫病。当一个人第一次被感染时，会出现类似流感的轻微症状，可能类似感冒或流感。在第一次感染阶段之后，寄生虫在大脑中过渡到"睡眠"阶段，并开始慢性无声感染，可能持续几十年或终身。慢性感染通常不会引起健康人的症状。然而，弓形虫可以在免疫系统较弱的人（HIV、器官移植受体、化疗后）中引起威胁生命的脑部感染（脑炎），并在怀孕期间对胎儿造成危险。眼睛感染可能发生在其他健康人身上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335405.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335405.htm

哈佛大学科学家发现了一种此前未知的细胞分解蛋白质的方式

哈佛大学科学家发现了一种此前未知的细胞分解蛋白质的方式在一次跨部门合作中，哈佛大学医学院的研究人员发现了一种名为midnolin的蛋白质，它在降解许多短寿命核蛋白的过程中发挥着关键作用。研究表明，midnolin是通过直接抓住蛋白质并将其拉入细胞废物处理系统--蛋白酶体，并将其破坏。科学家发现了一种细胞降解不需要的蛋白质的新方法，这些蛋白质会影响重要的神经、免疫和发育基因。这一发现可能有助于治疗由细胞中蛋白质失衡引起的疾病。研究结果最近发表在《科学》杂志上。共同第一作者、哈佛医学院神经生物学研究员XinGu说："这些特殊的短寿命蛋白质已经为人所知40多年了，但没有人确定它们究竟是如何降解的。"由于在这一过程中被分解的蛋白质会调节与大脑、免疫系统和发育有关的重要功能基因，科学家们最终可能会将这一过程作为控制蛋白质水平的目标，从而改变这些功能并纠正任何功能障碍。"我们发现的机制非常简单，而且相当优雅，"共同第一作者、HMS遗传学博士候选人ChristopherNardone补充说。"这是一项基础科学发现，但对未来有很多影响。"众所周知，细胞可以通过用一种叫做泛素的小分子标记蛋白质来分解蛋白质。标签会告诉蛋白酶体不再需要这些蛋白质，从而将其破坏。已故的弗雷德-戈德堡（FredGoldberg）在哈佛医学院完成了这一过程的大部分开创性研究。然而，有时蛋白酶体分解蛋白质时不需要泛素标签的帮助，这让研究人员怀疑存在另一种不依赖泛素的蛋白质降解机制。Nardone说："文献中有零星证据表明，蛋白酶体能以某种方式直接降解无标记的蛋白质，但没有人明白这是如何发生的。"有一类蛋白质似乎是通过另一种机制降解的，那就是刺激诱导转录因子：这些蛋白质在细胞受到刺激后迅速生成，并进入细胞核打开基因，然后迅速被破坏。Gu说："一开始，让我印象深刻的是，这些蛋白质极不稳定，它们的半衰期很短--一旦产生，它们就会发挥功能，之后很快就会被降解。"哈佛医学院布拉瓦特尼克研究所内森-马什-普西（NathanMarshPusey）神经生物学教授迈克尔-格林伯格（MichaelGreenberg）与哈佛医学院和布里格姆妇女医院格雷戈尔-孟德尔（GregorMendel）遗传学和医学教授斯蒂芬-埃利奇（StephenElledge）是这篇论文的共同第一作者。从少数到数百为了研究这一机制，研究小组从两个熟悉的转录因子入手：格林伯格实验室对Fos和EGR1进行了广泛研究，前者在学习和记忆中发挥作用，后者则参与细胞分裂和存活。研究人员利用埃利奇实验室开发的复杂蛋白质和基因分析方法，锁定了midnolin这种有助于分解这两种转录因子的蛋白质。后续实验发现，除了Fos和EGR1，midnolin还可能参与分解细胞核中的数百种其他转录因子。Gu和Nardone回忆说，他们对自己的研究结果感到震惊和怀疑。为了证实他们的发现，他们决定要弄清楚midnolin究竟是如何靶向和降解如此多不同的蛋白质的。Nardone说："当我们确定了所有这些蛋白质之后，关于midnolin机制究竟是如何工作的还有许多令人费解的问题。"借助一种名为AlphaFold的机器学习工具（可预测蛋白质结构），再加上一系列实验室实验的结果，研究小组得以充实这一机制的细节。他们发现，midnolin有一个"捕捉结构域"--该蛋白质的一个区域可以捕捉其他蛋白质，并将它们直接送入蛋白酶体，在蛋白酶体中被分解。这个"捕捉结构域"由两个独立的区域组成，这两个区域通过氨基酸连接在一起（就像一根绳子上的手套），能抓住蛋白质中一个相对非结构化的区域，从而使midnolin能够捕捉多种不同类型的蛋白质。值得注意的是像Fos这样的蛋白质负责开启基因，促使大脑中的神经元根据刺激进行接线和重新接线。IRF4等其他蛋白质通过确保细胞能够制造功能性B细胞和T细胞，激活支持免疫系统的基因。埃利奇说："这项研究最令人兴奋的地方在于，我们现在了解了一种不依赖泛素化的降解蛋白质的新的通用机制。"诱人的转化潜力在短期内，研究人员希望更深入地研究他们发现的机制。他们正计划进行结构研究，以更好地了解midnolin如何捕获和降解蛋白质的细节。他们还在制造缺乏midnolin的小鼠，以了解这种蛋白质在不同细胞和发育阶段的作用。科学家们说，他们的发现具有诱人的转化潜力。它可能提供一种途径，研究人员可以利用它来控制转录因子的水平，从而调节基因表达，进而调节体内的相关过程。格林伯格说："蛋白质降解是一个关键过程，它的失调是许多失调和疾病的基础，包括某些神经和精神疾病，以及一些癌症。"例如，当细胞中Fos等转录因子过多或过少时，可能会出现学习和记忆问题。在多发性骨髓瘤中，癌细胞会对免疫蛋白IRF4上瘾，因此它的存在会助长这种疾病。研究人员尤其感兴趣的是，找出哪些疾病可能是开发通过mindolin-蛋白酶体途径发挥作用的疗法的理想候选者。Gu说："我们正在积极探索的一个领域是如何调整该机制的特异性，以便它能特异性地降解感兴趣的蛋白质。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379781.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379781.htm

科学家解码生物界最快的细胞运动之一 - 太阳虫的指状臂

科学家解码生物界最快的细胞运动之一-太阳虫的指状臂螺旋藻类的太阳虫在遇到外部刺激后几毫秒内就会撤回其轴突。来自日本冈山大学的研究人员报告说，微管动力学是这种瞬间缩短手臂的关键。资料来源：冈山大学MotonoriAndo为此，一个研究小组，包括日本冈山大学的安藤元典教授、池田理沙博士（均来自细胞生理学实验室）和滨田真由子副教授（来自牛岛海洋研究所），探索了涉及生物世界中最快细胞运动之一的机制。那么，这一切从何而来？安藤教授分享了他们研究背后的动机，他说："最近，在冈山县的各种水体中发现了各种各样的太阳虫，这清楚地表明，有几种太阳虫居住在同一环境中。我们正试图揭开围绕这些原生动物的神秘面纱，逐步扩大我们的知识视野"。作者通过免疫标记管蛋白并观察其在轴节收缩前后的运动开始了他们的调查。他们发现，在缩短之前，管蛋白沿着轴突的长度系统地排列，但在轴突退出后，这些管蛋白迅速地在细胞表面聚集。这使他们相信，在轴突快速撤离期间，微管瞬间分解成了管蛋白。然而，微管的降解通常不是一个快速的现象；它的进展相当缓慢。那么，R.contractilis如何能如此迅速地实现这一变化呢？研究人员假设，如果微管在多个部位同时分裂，为了验证他们的假设，作者开始寻找参与收缩菌瞬间裂解微管的蛋白质和基因。他们的发现最近发表在《真核微生物学杂志》上。研究人员进行了从头开始的转录组测序（分析细胞中某一特定时间表达的基因），并在R.contractilis中确定了近32000个基因。这个基因组与原生动物（单细胞生物）中的基因组最为相似，其次是后生动物（具有良好分化细胞的多细胞生物；这包括人类和其他动物）。对所获得的基因组进行同源性和系统性分析，发现有几个基因（和它们相应的蛋白质）参与了微管的行动。其中，最重要的是Kataninp60、驱动蛋白和钙信号蛋白。Kataninp60参与控制轴臂的长度。发现了几个重复的驱动蛋白基因。在已鉴定的驱动蛋白中，发现驱动蛋白-13，一种主要的微管不稳定蛋白，在轴突的快速收缩中起重要作用。钙信号基因调节钙离子从其周围进入细胞以及诱导轴突的退出。研究人员还注意到缺乏与鞭毛形成和运动有关的基因，表明R.contractilis的轴突不是从鞭毛进化而来的。尽管许多基因仍未分类，但新建立的基因组将作为未来研究的参考，旨在了解R.contractilis的轴突运动。螺旋藻类的轴突可以作为一种敏感的传感器。它们可以检测到其环境中的微小变化，例如重金属离子和抗癌药物的存在。在讨论他们对未来的展望时，安藤教授分享道："我们相信，螺旋藻的轴突反应可以作为一个指标，用于开发环境和自来水污染的临时检测和监测装置。它还可以作为一种新型的生物测定系统，用于新型抗癌药物的初筛。未来，我们计划继续作为一个团队进行合作，加强对这些生物的基础和应用研究"。螺旋藻类再次证明，一个单细胞具有改变世界的巨大潜力。我们祝愿作者成功地将他们的愿景变为现实！"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343991.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343991.htm

科学家用尖端人工智能揭开蛋白质的秘密

科学家用尖端人工智能揭开蛋白质的秘密该工具由KAUST生物信息学研究员MaxatKulmanov及其同事开发，在预测蛋白质功能方面优于现有的分析方法，甚至能够分析现有数据集中没有明确匹配的蛋白质。该模型被称为DeepGO-SE，它利用了类似于Chat-GPT等生成式人工智能工具所使用的大型语言模型。然后，它根据蛋白质工作方式的一般生物学原理，利用逻辑蕴含得出关于分子功能的有意义的结论。从本质上讲，它通过构建部分世界模型（在本例中为蛋白质功能），并根据常识和推理推断出在这些世界模型中应该发生的事情，从而赋予计算机逻辑处理结果的能力。一种新的人工智能（AI）工具能对未知蛋白质的功能进行逻辑推理，有望帮助科学家揭开细胞内部的奥秘。图片来源：©2024KAUST;IvanGromicho他补充说："这种方法有很多应用前景，"KAUST生物本体论研究小组负责人罗伯特-霍恩多夫（RobertHoehndorf）说，"特别是当需要对神经网络或其他机器学习模型生成的数据和假设进行推理时。"库尔曼诺夫和霍恩多夫与KAUST的斯特凡-阿罗德（StefanArold）以及瑞士生物信息学研究所的研究人员合作，评估了该模型破译那些在体内作用未知的蛋白质功能的能力。该工具成功地利用了一种鲜为人知的蛋白质的氨基酸序列数据及其与其他蛋白质的已知相互作用，并精确地预测了其分子功能。该模型非常精确，在一次国际功能预测工具竞赛中，DeepGO-SE在1600多种算法中名列前20位。KAUST团队目前正在利用这一工具研究在沙特阿拉伯沙漠极端环境中生长的植物中发现的神秘蛋白质的功能。他们希望这些发现将有助于确定生物技术应用中的新型蛋白质，并希望其他研究人员也能使用这一工具。库尔曼诺夫解释说："DeepGO-SE分析未表征蛋白质的能力可以促进药物发现、代谢通路分析、疾病关联、蛋白质工程、筛选感兴趣的特定蛋白质等任务。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418103.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418103.htm