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软件追踪肌球蛋白的运动。
彩色编码显示了iSCAT显微镜记录的肌球蛋白丝的动态变化
近日，来自英国华威大学的科学家们使用了一种新的显微镜技术分析了细胞内部的分子马达——肌球蛋白，并详细描述了以微丝蛋白形式存在的细胞“肌肉”的运动，相关论文发表在《生物物理》杂志上。
肌球蛋白是一种形成动力丝的蛋白质，它能够赋予细胞稳定性，并参与细胞内肌动蛋白皮层的重塑。肌动蛋白皮层类似于细胞的骨架，赋予细胞形状，而肌球蛋白丝则类似于细胞的肌肉，能够通过“弯曲”使细胞向外施加力并移动。
这篇论文的通讯作者、华威医学院的Darius Koster博士说：“当细胞想要收缩或对邻近的细胞/组织施加压力时，它会利用肌球蛋白和肌动蛋白丝阵列形成应力纤维，执行类似于肌肉收缩的动作。这些蛋白也可以形成其他结构，在细胞不断地进行自我改造的过程中，所有这些蛋白质都会经历周转，许多细胞过程都需要皮层的局部重塑。”
通常情况下，生物学家会使用光学荧光显微镜来分析生物分子，但这需要在分子中加入一种荧光蛋白，激活后才可发出荧光进行分析。而这种技术会产生光毒性，也就是说，当我们看到荧光的时候，生物分子的结构也被破坏了。
为了克服这一障碍，华威大学的研究小组与牛津大学的Kukura实验室合作，使用了一种被称为干涉散射显微镜（iSCAT）的技术来研究最小的细胞皮层。这项技术使用的是来自源分子的散射光，无需向分子中添加荧光蛋白。通过测量光线和来自样品所在表面光线之间的干涉，科学家们可以在限制分子暴露的光量的同时制作出更灵敏、可放大的图像。这项技术打破了光学分辨率的限制，可以看到0.0002毫米的分子，而肌球蛋白丝通常为0.001毫米长。Köster博士补充说：“最小的细胞皮层会在几十分钟内自我调整，所以我们需要在短时间内跟踪细胞活动。而要在长时间内跟踪，传统的荧光显微镜则很难做到这一点。”
“在这项研究中，我们想知道肌球蛋白是否会与肌动蛋白结合并施加拉力，或者它是否会跨越几根细丝使它们结合在一起收缩。通过iSCAT，我们发现了肌球蛋白丝不同的波动状态。肌球蛋白有一个哑铃状的结构，当一侧与肌动蛋白结合时会剧烈波动；如果两侧都结合在肌动蛋白上，则波动幅度会小很多。这是我们第一次发现肌球蛋白在两种情况下都能发挥作用。”
Lewis Mosby是这篇论文的主要作者，他编写了新的粒子跟踪软件来识别肌球蛋白细丝的位置和方向。他说：“我们把之前用于探测星系和天空中其他物体的代码应用到了微观尺度上，发现了这些不可思议的事情。”
这些分子马达不仅帮助我们进一步认识了哺乳动物细胞皮层一般功能，也为新技术提供了一个模型。
Köster博士补充说：“这是一个自组织复合材料的好例子，它具有由蛋白质性质决定的一系列不同的动力学特性。智能材料中也存在这种有趣的特性，它们不仅能够自组织，还能根据能量消耗主动呈现出不同的形状。”
科界原创
编译：花花
审稿：阿淼
责编：张梦
期刊来源：《生物物理》
期刊编号：0006-3495
原文链接：
https://phys.org/news/2020-04-cell-muscle-movements-visualised.html
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