金泽大学 高速原子力显微镜成像揭示的三个国内流离失所者(NTAIL、PNT和Sic1)的结构和动态特征
顶部和底部面板分别对应于更有序和更无序的状态
红色和蓝色的数字分别代表包含在各自折叠区域和完全无序区域中的氨基酸数量
红色和蓝色箭头分别表示折叠区域高度和完全无序区域端到端距离变化的动力学性质
学分:金泽大学 我们对生物蛋白质的理解并不总是与它们有多普遍或多重要相关
在细胞过程中起不可或缺作用的蛋白质分子中，有一半在本质上是无序的，这意味着许多探测生物分子的标准技术在它们上面不起作用
现在，日本金泽大学的研究人员已经表明，他们自主研发的高速原子力显微镜技术不仅能提供这些蛋白质的结构信息，还能提供它们的动力学信息
了解一种蛋白质是如何组合在一起的，可以为其功能提供有价值的线索
20世纪30年代和50年代蛋白质晶体学的发展第一次将几种蛋白质结构带入人们的视野，但是逐渐变得明显的是，很大一部分蛋白质缺乏单一的结构，这使得它们对x射线晶体学难以处理
由于它们对于电子显微镜来说太薄，对于这些内在无序的蛋白质来说，唯一可行的选择是核磁共振成像和小角度x光散射
从这些技术中收集的数据在集合上进行平均，因此没有给出单个蛋白质构象或它们出现频率的明确指示
另一方面，原子力显微镜能够高速进行纳米级分辨率的生物成像，因此它可以捕捉动态和蛋白质结构
在这项最新的工作中，金泽大学的研究人员与日本、法国和意大利的合作者一起将该技术应用于几个国内流离失所者的研究，并确定了定义蛋白质区域的形状、大小和链长的参数，以及将蛋白质大小与蛋白质长度联系起来的幂律，以及云母表面对蛋白质尺寸影响的定量描述
由于该技术的高速能力，捕获的蛋白质构象的动力学揭示了出现和消失的小球，以及在长达160个氨基酸的片段中完全非结构化和松散折叠的构象之间的转化
特别是对麻疹病毒核蛋白的研究，不仅有助于确定形状和尺寸，而且有助于确定负责分子识别的区域中的有序-无序转变的特征，这使得病毒能够识别宿主因子，以便它们能够繁殖
他们还可以确定病毒磷蛋白更大规模的结构，而核磁共振却无法检测到这种结构(它只能显示相隔不到2纳米的氨基酸之间的距离)
研究人员认为，观察到的某些致密形状的形成可能解释了蛋白质水解——蛋白质分解——的阻力
在他们的工作报告中，研究人员强调，作为一个强有力的工具，“当高速原子力显微镜揭示的所有分子特征与核磁共振给出的折叠局部结构相结合时，结合的信息允许以比单独描述的图片更真实的方式定量描述境内流离失所者的结构和动态特征，如PNT[麻疹病毒磷蛋白]所示
" 高速原子力显微镜 原子力显微镜是在20世纪80年代发展起来的，它将扫描隧道显微镜(获得了198 6年诺贝尔物理学奖)获得的原子尺度分辨率应用于非导电样品
它的工作原理是使用一个末端带有纳米级尖端的微小悬臂，要么像乙烯唱片针一样触摸表面，要么轻敲表面
无论是通过调整尖端高度还是敲击的共振频率，尖端和表面之间的相互作用都提供了可用于生成图像的信号
虽然原子力显微镜图像给生物研究带来了巨大的好处，但当金泽大学的安藤忠雄和他的团队报道了一种高速运转的原子力显微镜时，这些研究又有了进展
原子尺度分辨率的图像变成了电影，不仅带来了结构，还带来了动态
之前对有序蛋白质的研究，以及对促进染色质转录的蛋白质的研究，已经证实该技术可以用于成像这些生物分子，而不会受到针尖和样品之间接触的影响，从而扭曲数据
内在无序蛋白质 x射线结晶学的出现首次让研究人员对大量生物分子结构有了清晰的认识
但是自从这项技术在20世纪30年代和50年代首次投入使用以来，随着成千上万的生物分子结构被蛋白质结晶学分析，越来越多的证据开始表明，并非所有的蛋白质都具有单一的结构
这些观察结果与由固定结构决定的蛋白质功能的主流范式背道而驰
在过去的十到二十年里，这些内在无序的蛋白质的普遍存在以及它们在细胞功能中的重要性已经被广泛认可，从信号传导到转录的调节和随后的翻译
在目前的工作中，研究人员研究了包括聚谷氨酰胺管道结合蛋白-1 (PQBP-1，涉及不同的过程，如前基因剪接、转录调节、先天免疫和神经元发育)、包含内在无序区域(IDRs)的自噬蛋白(涉及去除功能障碍的细胞成分)和麻疹病毒核蛋白在内的免疫缺陷病毒
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