科学家首次公布了细胞构建其“分子高速公路”的图像

西班牙的一个研究小组取得了突破，他们捕获了世界上第一个人类细胞“高速公路网络”开始出现的详细图像。

高分辨率图像和原子级胶片有助于解释一个长期存在的谜题，即在细胞分裂过程中如何形成称为微管的小结构。这一发现可能会推动靶向治疗的开发癌症和许多其他条件。

“微管是细胞的关键组成部分，但我们在教科书中看到的所有描述它们创造的最初时刻的图像都是基于酵母结构的模型或卡通，”说来自巴塞罗那基因组调控中心的生物化学家托马斯·萨里（Thomas Surrey）。

“在这里，我们捕捉了人体细胞内的过程。现在我们知道了它是什么样子的，我们可以探索它是如何被监管的。鉴于微管在细胞生物学中的基础作用，这最终可能导致针对各种疾病的新治疗方法。

📰 新纸警报！💥🔍 在与令人难以置信的合作中@LlorcaLab，我们解开了#γTuRC在微管成核过程中，由@DeBritoClaudia在我们的实验室和@sernarina在@CNIOStopCancer.今天发表于@ScienceMagazine:https://t.co/byYmCcuyzM(1/9)pic.twitter.com/gm4sx8zlx9
— 萨里实验室（@surrey_lab）2月 2， 2024

在细胞中，微管就像高速公路一样，用于在不同区域之间运输组件。它们在细胞分裂中也起着至关重要的作用，通过钩住和分离重复的染色体，使细胞分裂成两部分，就像套索一样。

通过称为微管成核的过程，微管由称为微管蛋白的蛋白质通过称为γ-微管蛋白环复合物（γ-TuRC）的结构构建而成，其作用类似于指导其形成的蓝图。

当发现人类 γ-TuRC 暴露了十四行微管蛋白而不是微管正常运作所需的预期十三个，当科学家预计它关闭时，γ-TuRC的环结构似乎是开放的。

γ-TuRC和微管的首次高分辨率视觉效果有助于解开这个谜团。该团队不得不放慢高速过程才能在实验室中看到它。

“我们必须找到条件，使我们能够在成核过程中对超过一百万个微管进行成像，以免它们长得太长并掩盖γ-TuRC的作用，”说来自基因组调控中心的细胞生物学家Cláudia Brito。

“我们能够使用我们实验室的分子工具箱实现这一目标，然后将微管存根冷冻到位。

研究人员使用冷冻电子显微镜以及一些复杂的图像处理，以确定微管形成过程中 γ-TuRC 的 3D 结构。他们发现，当γ-TuRC开始成核和微管生长时，它会发生形状变化。

它巧妙地关闭，收起一个微管蛋白，使其与微管的设计相匹配。还发现了一种新的闩锁机制，它揭示了生长的微管有助于 γ-TuRC 模板找到其正确的形状。

“我们已经可视化了启动微管形成的过程，我们看到人类γ-TuRC是一个开放的环，它闭合后有效地成为成核微管的完美模板，”说来自西班牙国家癌症研究中心的结构生物学家Oscar Llorca。

“但我们也发现，为了闭合这个环，需要将微管的'第一块砖'放置到位;当这种情况发生时，人类γ-TuRC的一个区域充当锚，与这个'第一块砖'接合，然后关闭环并启动微管的形成。

微管问题会导致许多健康并发症，包括癌症.微管功能障碍还会加剧哮喘和心脏病等疾病，并导致神经退行性疾病。

虽然微管是一些癌症治疗的目标，但这些药物也有影响健康细胞的不幸副作用。随着时间的推移，肿瘤有可能对这些药物产生耐药性。因此，了解更多关于微管及其构建过程的信息是有价值的。