γ-TuRC開始成核過程（左）與γ-TuRC關(guān)閉（右）。關(guān)閉后，基礎(chǔ)就固定好了，并且可以添加微管蛋白，以根據(jù)需要延長“高速公路”的長度。圖片來源：瑪麗娜·塞爾納
西班牙巴塞羅那基因組調(diào)控中心和西班牙國家癌癥研究中心團(tuán)隊(duì)捕捉到了世界上第一張人類細(xì)胞內(nèi)微管形成最早時(shí)刻的高分辨率圖像。1日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)，為治療從癌癥到神經(jīng)發(fā)育障礙等多種不同類型的疾病奠定了基礎(chǔ)。
在神經(jīng)元中，微管如同細(xì)胞分子長距離運(yùn)輸?shù)摹案咚俟贰?。微管是由γ微管蛋白環(huán)復(fù)合體（γ-TuRC）組裝而成的。這些蛋白質(zhì)就像一張藍(lán)圖，以特定的順序放置微管蛋白，這一過程被稱為微管成核。就像鋪設(shè)一座橋的基石一樣，一旦基礎(chǔ)奠定，再添加微管蛋白，以使橋梁保持必要的長度。
為了讓細(xì)胞正常工作，微管需要由13個(gè)不同的微管蛋白組成。幾年前，研究人員困惑地發(fā)現(xiàn)，人類γ-TuRC暴露出14個(gè)微管蛋白。但高分辨率結(jié)構(gòu)的所有微管蛋白成像一直難以實(shí)現(xiàn)。
為了在γ-TuRC形成微管的同時(shí)對其進(jìn)行觀察，研究人員在電子顯微鏡中心制備了樣品，并用一層薄冰將其速凍，以保持相關(guān)分子的自然形狀，以幫助辨別近乎原子級的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。隨后，研究人員使用冷凍電子顯微鏡和復(fù)雜圖像處理方法來確定γ-TuRC在形成微管的過程中的三維結(jié)構(gòu)。
分析表明，當(dāng)γ-TuRC開始進(jìn)行成核反應(yīng)過程并開始形成微管時(shí)，其巧妙地改變了形狀。它最初處于開放狀態(tài)，隨著微管的生長逐漸關(guān)閉。這一變化使γ-TuRC將其14個(gè)微管中的一個(gè)隱藏起來，形成了只有13個(gè)微管的結(jié)構(gòu)。
微管功能障礙最廣為人知的后果是癌癥，這是一種以細(xì)胞增殖失控為特征的疾病。當(dāng)微管形成過程出現(xiàn)問題時(shí)，會出現(xiàn)小頭畸形等神經(jīng)發(fā)育障礙，以及從呼吸系統(tǒng)疾病到心臟病等其他疾病。
一些抗癌藥物通過靶向微管發(fā)揮作用，從一開始在就防止它們分解或形成。然而，這些藥物不分青紅皂白地破壞了癌細(xì)胞和健康細(xì)胞中的微管，產(chǎn)生了副作用，腫瘤也會對這些藥物產(chǎn)生耐藥性。了解微管鋪設(shè)的精確機(jī)制，將有助開發(fā)更有針對性和有效的癌癥治療方法。
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