科學(xué)家找到研究蛋白質(zhì)運(yùn)動的方法[圖]

    蛋白質(zhì)是我們身體的主力軍。它們使我們的器官保持運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)細(xì)胞，還是治療包括癌癥和神經(jīng)系統(tǒng)疾病在內(nèi)的多種疾病的藥物靶點(diǎn)。蛋白質(zhì)需要移動才能發(fā)揮作用，但科學(xué)家對這種速度低于納秒的蛋白質(zhì)運(yùn)動仍然知之甚少。

    造成這種情況的原因在于：蛋白質(zhì)有時(shí)移動過緩，以至于科學(xué)家用來觀察的一些關(guān)鍵技術(shù)無法捕捉到蛋白質(zhì)的運(yùn)動。但其實(shí)這些蛋白質(zhì)移動得非?？?，在納秒到微秒級。在近日這項(xiàng)研究之前，研究人員只能觀察到超過1納秒的蛋白質(zhì)運(yùn)動。

    近日發(fā)表在Science Advances上的研究改變了這一現(xiàn)狀。來自美國俄亥俄州立大學(xué)的生物物理化學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種測量蛋白質(zhì)較慢速移動的方法（幾百納秒到微秒之間）。這一發(fā)現(xiàn)是一個根本性的突破，將為科學(xué)家們開辟一條新的研究途徑，幫助他們了解蛋白質(zhì)在人體中的行為。

    研究通訊作者、俄亥俄州立大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)教授Rafael Brüschweiler說：“我們對蛋白質(zhì)在微秒級時(shí)間尺度上的行為知之甚少。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)提供的信息非常少，因?yàn)槲覀儨y試蛋白質(zhì)的方式在這些速度下會失去敏感性，存在一個取決于蛋白質(zhì)移動速度的時(shí)間窗口，我們在這個窗口下無法觀察到蛋白質(zhì)在做什么及其行為方式。我們的目標(biāo)是打開這個窗口，用一種工具來測量蛋白質(zhì)在這些時(shí)間尺度上的功能，這是我們以前無法觀察到的。”

    數(shù)十年來，Brüschweiler一直在尋找研究蛋白質(zhì)的更好方法，那時(shí)他還在瑞士讀研究生。他和他在俄亥俄州立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)專注于核磁共振（NMR），NMR是一種幫助科學(xué)家了解蛋白質(zhì)在人體中行為的工具。雖然這種工具在科學(xué)界被普遍當(dāng)作研究蛋白質(zhì)的權(quán)威工具，但直到這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)取得之前，它都無法以低于一納秒的速度測量最基本的蛋白質(zhì)行為。

    Brüschweiler說：“在如此慢的時(shí)間尺度上，關(guān)于蛋白質(zhì)的信息就流失了，雖然蛋白質(zhì)在移動，但是我們的工具無法觀察到。我們知道存在更慢的蛋白質(zhì)運(yùn)動，但是卻無法觀察到。”

    對于這一發(fā)現(xiàn)，Brüschweiler和他的團(tuán)隊(duì)將納米顆粒(二氧化硅或玻璃)添加到含有水和蛋白質(zhì)的溶液中，同樣使用NMR工具來觀察蛋白質(zhì)的反應(yīng)。蛋白質(zhì)與二氧化硅鍵合，使科學(xué)家在分析其運(yùn)動時(shí)變得可見。

    研究團(tuán)隊(duì)表示，這就像是開發(fā)出一種新型顯微鏡，可以觀察到以前無法看到的東西。

    Brüschweiler說：“這就有點(diǎn)像我們可以使用望遠(yuǎn)鏡觀察星星的可見光，現(xiàn)在我們有了紅外探測儀，所以就能觀察到肉眼不可見的紅外線。這項(xiàng)技術(shù)為我們提供了全新的信息窗口。”這些額外的信息是科學(xué)的基石，讓研究蛋白質(zhì)的科學(xué)家們能夠提出更有深度的問題。

    Brüschweiler說：“這有助于我們分析蛋白質(zhì)，并研究蛋白質(zhì)的行為，以及當(dāng)它與另一種蛋白質(zhì)或藥物相互作用時(shí)會發(fā)生什么。我們需要這些信息來了解蛋白質(zhì)的功能。每一種蛋白質(zhì)在體內(nèi)都有其自身的功能，通過這種新工具，我們可以知道它們的實(shí)際作用，并更好地理解其背后的原因。”

    幾十年來，以這些速度評估蛋白質(zhì)行為的能力一直困擾著Brüschweiler。25年前，他曾試圖找到解決方案。他說：“那項(xiàng)研究很棒很嚴(yán)謹(jǐn)，但最終還是失敗了。那個時(shí)候我開始相信用我們的工具來研究速度低于一納秒的蛋白質(zhì)是不可能的。”

    他的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在已經(jīng)開始進(jìn)行與生物液體（比如尿液、細(xì)胞提取物和血清）中的納米粒子相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，他猜測納米粒子（雖然很小，但仍然比蛋白質(zhì)大）是否能夠幫助科學(xué)家們觀察到蛋白質(zhì)的動態(tài)行為。他在這方面的研究取得了成功。

    論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaax5560