Nature Methods:生物膜上的分子尺度

【字体: 时间:2021年10月14日 来源:Nature Methods

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  通过对质量敏感的粒子跟踪,科学家可以确定膜上未标记蛋白的位置和大小变化

  

大部分与生物学相关的过程发生在膜上。在不干扰生物系统的情况下实时研究这些过程的动态仍然是一个主要的方法学挑战。由马克斯·普朗克生物化学研究所主任佩特拉·施威尔和Ludwig-Maximilians-Universit?t München网站的尼古拉斯·亨特领导的团队现在已经为此目的开发了一种新方法:质量敏感粒子跟踪(MSPT)。使用MSPT,单个未标记蛋白在生物膜上的运动和反应可以完全由它们的质量来决定。

细胞膜上的细胞过程通常是快速而短暂的。分子短暂聚集,再次分离,与不同的伙伴相互作用,沿着膜或穿过膜。因此,不仅要研究这些过程的静态快照,而且要理解它们的动力学,这是很重要的。但如何有条不紊地做到这一点呢?马克斯·普朗克生物化学研究所的Petra Schwille和路德维希·马克西米利安大学的Nikolas Hundt与他们的团队一起开发了质量敏感粒子跟踪(MSPT)方法,该方法允许在膜上的动态过程中分析蛋白质。

生物物理学家的出发点是质量光度学的最新进展,它已经可以用来测定溶液中未标记分子的分子质量。MSPT的新颖之处在于,膜相关蛋白的动态现在可以在其生物学上可信的环境中被跟踪。在这个过程中,单个蛋白质不需要标记就可以通过它们的分子质量来识别。Frederik Steiert是这篇论文的第一批作者之一,他说:“我们现在可以直接追踪生物膜上单个蛋白质的质量,它们如何移动以及它们如何相互作用。这使我们能够更详细地研究生物系统的动力学。”分析动态过程在生物学中是特别重要的,因为许多过程在膜是瞬态的。

光散射测定质量

新方法基于什么原则?当光线照射到粒子时,光线就会散射。散射光的强度取决于粒子的质量。通过显微镜可以直接看到细胞膜上单个蛋白质的视频。在分析软件的帮助下,可以跟踪这些蛋白质,并确定它们的散射信号,从而确定它们的质量。目前这对于分子量至少为50 kDa的蛋白质是可能的,即对于所有已知蛋白质的大部分。新的MSPT方法的另一个优点是蛋白质不需要被标记。例如,可以通过在分子上附加荧光标签来实现标记。然而,在实验过程中,标签可能会导致蛋白质功能受损,或者荧光标签可能会漂白。相反,通过使用MSPT,标签可能引起的方法学问题得到了预防。

MinDE蛋白系统

为了证明该方法在生物问题上的潜力,生物物理学家们使用了来自施威尔实验室的一个已建立的系统:来自大肠杆菌的MinDE蛋白质系统。MinD和MinE蛋白参与了大肠杆菌的细胞分裂。另一位第一作者塔玛拉·赫尔曼(Tamara Heermann)说:“这种方法使我们能够描述以前无法测量的动力系统的特性。这不仅让我们验证了关于Min系统的现有发现,还让我们获得了新的见解。”通过使用MSPT,该团队能够证明MinD蛋白质的复合物比最初想象的要大。此外,这些实验还首次揭示了MinE可以作为MinD蛋白的连接件,从而启动更大复合物的膜释放。

正如这篇新论文所报道的,MSPT为阐明生物膜的动态过程提供了有价值的见解。然而,研究人员仍在继续改进这种方法。在未来,该方法也应该适用于整体膜蛋白,它应该允许检测更小的蛋白。

DOI

10.1038 / s41592 - 021 - 01260 - x

方法的研究

文章标题

Mass-sensitive particle tracking to elucidate the membrane-associated MinDE reaction cycle

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