Gledanje molekularnih strojev pri delu

Matrica života - sa prevodom (Junij 2019).

Anonim

Ko se ena celica razdeli na dve - tako se razmnožujejo vse oblike življenja - na novo rodjene hčerinske celice morajo biti opremljene z vsem, kar potrebujejo v svojih majhnih življenjih. Najpomembnejše je, da podedujejo popolno kopijo genskih informacij iz svoje matične celice. Če temu ni tako, ker se napačno število kromosomov, na katerih se shranjujejo genetske informacije, prenese med celično delitvijo, hčerinske celice pogosto ne preživijo, ali še huje, prispevajo k razvoju bolezni, kot so rak ali stanja kot je Downov sindrom.

Zato je ločevanje kromosomov zelo pomembno, celice pa za izvajanje tega procesa uporabljajo zapletene molekule. Kako je eden od teh "molekularnih strojev" delal Jan-Michael Peters iz raziskovalnega inštituta za molekularno patologijo (IMP) na Dunaju, Holger Stark iz Inštituta za biophysical chemistry Max Planck v Göttingenu in Brendi Schulman iz St. Judeja Otroška raziskovalna bolnišnica v Memphisu. Opisujejo svoje ugotovitve v seriji štirih dokumentov, ki so bili letos objavljeni v PNAS, Cell in Molecular Cell.

Brez primere resolucija razkriva molekularne podrobnosti

Kot ljudje, celice uporabljajo stroje za izvajanje zapletenih nalog, s katerimi se soočajo, kot je segregacija kromosoma. Ti molekularni stroji so pogosto tako izdelani kot umetni pripomočki, vendar natančno, kako delujejo, je veliko težje razumeti zaradi svoje izredno majhne velikosti. Medtem ko je inženir lahko sorazmerno preprosto preučil umetniško napravo ali ga razkril, da bi ugotovil, kako to deluje, je molekularni stroj običajno le deset tisočth milimetra. To je znanstvenikom zelo težko razumelo, kako te molekule delujejo.

"Če bi dejansko lahko pogledali molekularne stroje, bi bilo veliko lažje razumeti, kako delujejo, " pojasnjuje direktor IMP Jan-Michael Peters. Točno to je postalo mogoče z novimi tehnikami za ustvarjanje sintetičnih oblik teh molekularnih strojev. Nova tehnologija, ki je bila nedavno razvita na IMP, omogoča preverjanje, kako te kompleksne molekule delujejo sistematično. Dodajte temu novo tehniko elektronske mikroskopije, ki prinaša ločljivost do atomske ravni - in pravzaprav znanstveniki zdaj lahko neposredno pogledajo te naprave. V ta namen se najprej zamrznejo pri zelo nizkih temperaturah in nato analizirajo z elektronskimi žarki, ki jih je mogoče meriti z novimi detektorji brez primere natančnosti. S temi pristopi se zdaj lahko vizualizirajo stroji, zgrajeni iz majhnih beljakovinskih molekul, čeprav so v premeru manj kot stoino človeških las.

Molekularni kompleks se sam vklopi

Ekipa Brenda Schulman, Holger Stark in Jan-Michael Peters sta uporabila te pristope za vizualizacijo molekularnega stroja APC / C. "APC / C sproži segregacijo kromosomov in to naredi šele po tem, ko je matična celica končala vse druge korake, ki so potrebni za delitev celic. Vse to smo vedeli, ker bi se v nasprotnem primeru rodile hčerinske celice z napačnimi številkami kromosomov - s katastrofalnimi posledicami ", pojasnjuje Jan-Michael Peters, " vendar nismo vedeli, kako je APC / C vklopljen ob pravem času ".

Delo Brende Schulman, Holger Stark in Jan-Michael Peters je zdaj neposredno in vizualiziral stroj APC / C pred in po tem, ko je bil vklopljen. "Zanimivo je, da je to pokazalo, da se APC / C lahko vklopi, saj pametni hibridni avtomobil ve, kdaj preklopiti z električnega na plinski motor ali obratno", pravi Brenda Schulman. "Brez neposrednega ogleda APC / C z elektronsko mikroskopijo nikoli ne bi mogli ugotoviti, " dodaja Holger Stark. "V prihodnosti bo nova tehnologija omogočila vizualizacijo in razumevanje molekularnih procesov na nivoju, za katerega bi lahko do zdaj le sanjali." Na dolgi rok znanstveniki upajo, da bo njihovo delo pomagalo razumeti, kako se lahko preprečijo napake v segregaciji kromosomov in bolezni in sindromi, ki jih povzročajo.

menu
menu