原位真核细胞内三维蛋白质结构的原位测定

东京都立大学的研究人员成功地确定了真核细胞内蛋白质的高分辨率三维结构。他们将“细胞内”核磁共振(NMR)光谱,生物反应器系统和尖端计算算法结合起来,首次确定了拥挤的细胞内环境中的蛋白质结构。该技术有望深入了解致病蛋白的细胞内行为和新型药物筛选应用,从而可以原位观察蛋白质对生化刺激的反应。

真核细胞是许多生物的基石,包括所有真菌,植物和动物。它们的内部结构非常复杂和多样,具有错综复杂的结构层次和分布在细胞骨架网络周围的大量生物大分子。这使得很难看到细胞内的每种蛋白质在其天然环境中的作用,尽管明显的生物医学益处是知道例如当细胞受到化学刺激时特定蛋白质如何反应,如药物。

为了应对这一挑战,来自东京都立大学的助理教授Teppei Ikeya和Yutaka Ito教授领导的团队对sf9培养的昆虫细胞内表达的特定蛋白质进行了核磁共振(NMR)光谱测量,这种细胞来源于一种类型的细胞。蛾幼虫广泛用于蛋白质生产。该团队开创性的核磁共振工作已经成功地阐明了细菌内部的高分辨率蛋白质结构(非真核生物)。简单地将相同的技术应用于sf9中的蛋白质的问题细胞的目标蛋白浓度显着降低,细胞寿命短,因此难以收集核Overhauser效应光谱(NOESY)的高质量多维核磁共振谱,这将提供有关不同原子在各个分子内如何间隔的精确信息。因此,他们将基于稀疏采样的快速核磁共振测量方案与采用贝叶斯推理等统计技术的最先进计算方法相结合。,基于来自细胞核磁共振谱的有限量的结构信息,具有固有的低灵敏度,有效地阐明蛋白质结构的方法。在NMR装置内部还配备了生物反应器系统,其在测量期间使细胞保持健康状态。

通过这些新数据,该团队能够以前所未有的高分辨率阐明三种模型蛋白质的三维结构,对于蛋白质主链原子的位置精确度为0.5埃(0.05纳米)。特别是,与稀释溶液中的参比结构相比,他们在一种蛋白质的局部区域中鉴定出显着不同的构象。“在细胞中”和“在试管中”的蛋白质之间的构象差异可能是由与细胞内其他分子的非特异性相互作用引起的。很明显,这些相互作用有助于蛋白质的生物学功能:在细胞内环境中定位和量化蛋白质结构变化的能力预计会对生物医学研究产生重大影响,

这项工作得到了日本科学技术厅(JST)的进化科学和技术核心研究资助计划(CREST; JPMJCR13M3),下一代世界领先的研究人员(NEXT计划),科学助学金的支持。研究(JP15H04339至MM,JP15K06979至TI,JP17K07312至PG),具有挑战性的探索性研究(JP15K14494至YI),以及创新领域的科学研究(JP26102538,JP25120003和JP16H00779至TI; JP15H01645,JP16H00847和JP17H05887至YI)日本科学促进会(JSPS)。该研究已在线发表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。