Biophysical Journal：“独来独往”的驱动蛋白

莱斯大学的生物工程师们在一项新的研究中揭示了驱动蛋白在活细胞内运输货物的机制,研究论文发表在本周的《生物物理杂志》上。

　　

    生物通报道  莱斯大学的生物工程师们在一项新的研究中揭示了驱动蛋白在活细胞内运输货物的机制。科学家们利用发明的一系列的工具检测了单个或成对驱动蛋白的牵引力，发现驱动蛋白在多数情况下以 “个体”而非“团队协作”的方式发挥功能，研究论文发表在本周的《生物物理杂志》上。

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    “在一段时间内研究人员一直在从事动力蛋白机械特性的研究，这是我们第一次将分子马达与货物绑定在一起，观察它们的作用机制，”首席研究员、莱斯大学生物工程学助理教授Michael Diehl说：“我们知道大部分的货物都与一个以上的分子马达连接在一起，了解它们的作用机制有助于我们更好地了解胞内运输系统。”

    就像马拉货车一样，细胞内的货物可被马达蛋白从一个地方牵拉到另一个地方。不同的是马达蛋白通常组成多个团队从相反的方向牵拉细胞货物。

    “驱动蛋白只能朝一个方向移动，或是朝着细胞核的方向或是背离细胞核方向，”Diehl说：“但是如果多重马达蛋白是从相反的方向牵拉货物，那么是什么决定了货物移动的最终方向？什么影响了它们的平衡？它们是如何协作或竞争使得货物到达正确的位置？这些问题我们都希望能获得解答。”

    Diehl说：“在过去的十年里胞内运输已成为一个越来越受到关注的课题。研究人员发现运输系统异常与多种神经变性疾病相关例如肌肉萎缩侧索硬化症（ALS）和亨廷顿氏舞蹈病等。”

    在新研究中Diehl和共同作者Kenneth Jamison、Jonathan Driver将成对的驱动蛋白与单个驱动蛋白在牵拉货物时所需的牵拉力进行了比较。研究人员通过多年研究制造了一种仪器。这种仪器以DNA为支架，通过它研究人员将成对的驱动蛋白套在实验性货物上。在研究中他们利用一种精微的塑料小球作为货物并采用了一种激光光陷阱技术。当驱动蛋白开始移动时，它们牵拉小球远离光陷阱中心。同时陷阱中的激光生成对抗压力牵拉小球回到陷阱中心。最终，激光“战胜”分子马达将货物拉回到光线中央。通过检测反应过程中小球的精确运动，Diehl的研究小组能够确定每组马达蛋白对于小球施加的力。

    “与其他的马达蛋白比较，驱动分子确实有着非常强大的效应，”Diehl说：“单一的驱动蛋白马达分子就能够产生比较大的力，当沿着微管移动时它们很少步入错误的方向。”

    假设单个驱动蛋白就能很好地发挥功能，那么很容易推测到多个驱动蛋白组成的小组比单个驱动蛋白更难以拖动货物。Diehl指出驱动蛋白组只能在特异的情况下利用两个马达结合的潜能。

    “我们的分析表明两个驱动蛋白必须彼此靠近才能有效合作，”Diehl说：“否则单个的驱动蛋白将会想当然地取代所有其他蛋白对货物施力。单个的驱动蛋白行动相对快而有效，而当它们相互连接在一起时则很难彼此协调。”

    Diehl说：“我们推测其他的马达分子，由于单个蛋白的力量弱于驱动蛋白，因而是以团队合作的方式发挥功能。我们打算在进一步的实验中去验证我们的推测。目前研究人员正在检测这些差异对于调控细胞内货物移动的影响。”

（生物通：何嫱）