Only Perception: 科學家首度在活細胞內測定蛋白質的 3D 結構

2009-03-10

科學家首度在活細胞內測定蛋白質的 3D 結構

Scientists determine 3D structure of proteins in living cells for the first time
http://www.physorg.com/news155489870.html

March 5th, 2009

(PhysOrg.com) -- 一位（英國）Glasgow（格拉斯哥）大學的科學家是一個研究團隊的一份子，該團隊首度能在活細胞內測定蛋白質的三維結構。

這項發現，發表在最新一期的 Nature 上，意味著科學家現在能證明先前對蛋白質結構之假設的正確性，以及它們如何因為突變還有彼此之間的互動而改變，同時幫助尋找改正損害的方法。

從 1950 年代至今，科學家只能以蛋白質被萃取以及純化的形態（in vitro，在試管內）仔細研究其結構，但這些狀況與那些在活細胞內部（in vivo，在活體內）的狀況十分不同。

利用核磁共振儀（NMR spectrometer） -- 這種機器讓一分子中二原子核之間的距離能被測量 -- 研究者能夠算出一種稱為 TTHA1718 之樣本蛋白的三維形狀，這種蛋白於活的大腸桿菌中被製造出來。

Glasgow 大學分子與細胞生物學部門的 Brian Smith 博士，提供了專門技術，那幫助了位於日本且受資助的國際性團隊，那由首都大學東京（Tokyo Metropolitan University）的伊藤隆（Yutaka Ito）所領導，從事這種特殊的研究路線。

Smith 博士，一位生物化學與細胞生物學講師，表示："絕大部份的蛋白質無法孤立存在；相反的，它們存在於細胞內非常擁擠的環境中，在那裡，它們與其他分子互動，同時，苛求的說，當你將蛋白質自活細胞取出時，它們有很多類並沒有明確的三維結構。"

"這種新的、相對而言花費不多的、使用 NMR 的方法，意味著我們現在能夠建立活細胞內的蛋白質的結構，且將對我們透露更多它們如何運作、以及當發生突變時它們如何改變。"

"我們的結果為蛋白質在原子解析度上的結構研究，以及它們如何改變以回應在活體環境中的生物事件，開啟了新的途徑。"

"我們現在將以這項技術嘗試其他更有趣的蛋白質，當你將它們自細胞取出後，那會變得不穩定。最終，那能幫助我們發現那些矯正受損或突變蛋白的藥物是否有效，並尋找修補它們的新方法。"

蛋白質以長鏈胺基酸構成，並在生命的各個方面，從新陳代謝、遍及全身，對於刺激之偵測與回應到生物聚在一起的方法，扮演必要的角色。突變的蛋白涉及到各種疾病，從癌症到亨丁頓舞蹈症（Huntington's Disease，杭丁頓舞蹈症）這樣的神經退化性疾病。

Smith 博士在 Glasgow 大學領導一小組，那使用 600 MHz 的核磁共振儀，以一種低溫冷卻探針來研究涉及各系統中之蛋白質以及核酸的結構與功能。

※ 相關報導：

＊ Protein structure determination in living cells by in-cell NMR spectroscopy
http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7234/abs/nature07814.html

Daisuke Sakakibara, Atsuko Sasaki, Teppei Ikeya,
Junpei Hamatsu, Tomomi Hanashima, Masaki Mishima,
Masatoshi Yoshimasu, Nobuhiro Hayashi, Tsutomu Mikawa,
Markus Walchli, Brian O. Smith, Masahiro Shirakawa,
Peter Guntert & Yutaka Ito1
Nature 458, 102-105 (5 March 2009)
doi: 10.1038/nature07814

...Here we show the first, to our knowledge, 3D protein structure calculated exclusively on the basis of information obtained in living cells. The structure of the putative heavy-metal binding protein TTHA1718 from Thermus thermophilus HB8 overexpressed in Escherichia coli cells was solved by in-cell NMR. Rapid measurement of the 3D NMR spectra by nonlinear sampling of the indirectly acquired dimensions was used to overcome problems caused by the instability and low sensitivity of living E. coli samples. Almost all of the expected backbone NMR resonances and most of the side-chain NMR resonances were observed and assigned, enabling high quality (0.96 angstrom backbone root mean squared deviation) structures to be calculated that are very similar to the in vitro structure of TTHA1718 determined independently...