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

科学家揭开关键癌症蛋白质的秘密结构

科学家揭开关键癌症蛋白质的秘密结构俄亥俄州立大学的科学家们利用先进的研究技术检测了一种因危险突变而与人类癌症关系密切的蛋白质的隐藏区域，从而为该蛋白质的研究注入了新的活力。这项研究确定了受有害基因改变影响的区域。Ras蛋白家族是启动多种细胞生长、分裂和分化的酶，其基因已被确定为人类最常发生突变的癌症相关基因。这项研究的对象K-Ras蛋白与75%的Ras相关癌症有关。研究人员首次发现了这种蛋白质结构的一部分，而这部分结构以前是标准实验室工具无法观察到的，研究人员揭示了与这种蛋白质突变有关的特征和相互作用，这种突变使细胞处于永久分裂状态--这是一种典型的癌症特征。研究的资深作者、俄亥俄研究学者、俄亥俄州立大学化学与生物化学教授拉斐尔-布吕施韦勒（RafaelBrüschweiler）说："我们知道这些突变是一个重大问题：它们会导致死亡。我们知道，结构生物学能为了解这些突变的机制提供独特的见解，并能促进寻找潜在的治疗方法。""我们现在对这种蛋白质的作用有了更全面的了解，这意味着我们可以开始考虑如何在它变异后中和它。从这个意义上说，信息就是力量，现在这些信息已经公开，我们和其他研究人员可以利用这些信息开始假设。"这项研究最近发表在《自然-结构与分子生物学》（NatureStructural&MolecularBiology）杂志上。研究方法和结果尽管已有关于K-Ras及其与细胞健康相关分子的关键功能关系的知识，但这种蛋白质一直被认为是"不可药用的"，因为它的构型-无论是正常形式还是突变形式都隐藏了其结构中最有希望成为治疗靶点的位点。设计这类药物时需要精确，因为以错误的方式干扰蛋白质可能比突变导致的疾病造成更大的伤害。"K-Ras是癌症研究的圣杯--可能是全世界研究最多的生物分子之一，因为它在许多癌症中发挥着关键作用，"Brüschweiler说。"但这也是一个巨大的挑战。"2019年，Brüschweiler及其同事报告了一种技术，这种技术能够观察到移动速度太慢、标准核磁共振（NMR）光谱无法检测到的蛋白质。一年后，研究小组决定开始将这些发现应用于寻找K-Ras的秘密藏身之处。标准核磁共振可以跟踪快速作用的蛋白质，但在较长的运动和相互作用时间尺度上会遇到困难，而用于确定蛋白质结构的X射线晶体学在运动较少和时间较长的情况下效果更好。Brüschweiler及其同事考虑到了K-Ras的动态特性及其与活性配体（GTP）的相互作用，首先检测到了来自隐藏区域的微弱信号，然后优化核磁共振实验以加强这些信号。这项研究揭示了K-Ras结构中的两个"开关"区域--有趣的是，这两个区域都位于发生最危险突变的蛋白质环附近，这在以前是不可见的。研究小组还确定了蛋白质"骨架"的复杂结构动力学行为，它放大了开关附近的其他特征。Brüschweiler说，骨架对了解蛋白质的结构特性至关重要--从骨架出发，鉴定氨基酸侧链"相对简单"。这些实验还进一步明确了正常蛋白质与其变异形式的区别：在正常情况下，K-Ras与两个伙伴分子中的第一个分子结合时活性更高，并能保持对多种细胞功能的适当控制，包括恢复到非活性状态。如果发生突变，K-Ras就会停留在活跃期，永远不会休息。"我们需要活跃的细胞，但在某些时候，它们必须停下来。否则，就像在汽车上永远不要把脚从油门上移开--在某些时候，你需要把脚从油门上移开，因为车速太快了，"他说。"这就是基本问题所在，这些突变会诱导细胞不停地活动。"有了突变相关开关区域的特征，研究人员就有了新的药物靶点，可以在不妨碍K-Ras基本细胞功能的情况下抑制突变。Brüschweiler说："开关和开关相互作用的相关区域是新的候选目标，我们现在可以对它们进行前所未有的详细监测。这可能不会在一夜之间改变世界，但这是有可能影响人类健康的基本新知识。"Brüschweiler对下一步工作有自己的想法，比如描述现有药物如何与蛋白质相互作用。他的团队和其他人未来的工作将得到一台磁场为1.2千兆赫的新型NMR仪器的支持，这将是美国最强大的NMR仪器，该仪器刚刚运抵俄亥俄州立大学，Brüschweiler是俄亥俄州立大学国家网关超高场NMR中心的首席研究员。该中心于2019年获得了美国国家科学基金会1760万美元的资助，该基金会也为这项新研究提供了支持。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395097.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395097.htm

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

PicoRuler：基于蛋白质的分子标尺革新细胞成像技术

PicoRuler：基于蛋白质的分子标尺革新细胞成像技术PicoRuler：基于蛋白质的分子标尺可以在现实条件下测试最新超分辨率显微镜方法在亚10纳米范围内对生物分子的光学分辨率。图片来源：GertiBeliu，DALL-E3/维尔茨堡大学由德国巴伐利亚州维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学（JMU）鲁道夫-维尔乔中心（RudolfVirchowCentre-CenterforIntegrativeandTranslationalBioimaging）的GertiBeliu博士和MarkusSauer教授领导的科学家团队现在提供了一个转折点。他们在《先进材料》杂志上发表了新型生物兼容分子尺PicoRulers（基于蛋白质的成像校准光学尺）。研究小组利用基因代码扩展和点击化学，成功构建了这些定制的分子尺。它们可在荧光显微镜中用作精确的生物分子参考结构。PicoRulers基于由三部分组成的蛋白质PCNA（增殖细胞核抗原），它在DNA复制和修复中发挥着核心作用。通过在精确定位的位置上引入非天然氨基酸，这种蛋白质已被改性，使荧光染料或其他分子能够以最小的连接误差特异性地点击到它上面。这样，研究人员就能在精确定义的细胞生物分子上以前所未有的精度测试最新超分辨率显微镜方法的分辨率。MarkusSauer热情洋溢地表示："能够在亚10纳米水平上解析真实的生物结构，标志着生物成像技术进入了一个新时代。与以前使用的人造大分子相比，我们的PicoRuler不仅具有生物兼容性的特点。它们还能在现实条件下实现无与伦比的测试分辨率精度。""这项技术的应用范围远远超出了传统显微镜的界限。"GertiBeliu解释说："我们的PicoRulers不仅是更精确测量的工具，还为更深入、更详细地研究细胞内发生的复杂过程打开了大门。"从长远来看，PicoRulers的进一步发展可能会改变具有分子分辨率的生物和医学成像。PicoRuler首次实现了在生物样本上验证和提高新的超分辨率显微镜方法的分辨率潜力。这使它们成为未来阐明细胞中生物分子的分子组织和相互作用的宝贵工具。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401693.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401693.htm