科學家開發(fā)出人類細胞分裂的蛋白質(zhì)互作模型

2018年9月19日 訊  --有絲分裂是（即細胞一分為二）有機體生命的基礎過程，近日，一項刊登在雜志Nature上的研究報告中，來自歐洲分子生物學實驗室的科學家們通過研究繪制出了促進細胞分裂的首張蛋白質(zhì)互作圖譜，其能夠幫助研究人員有效追蹤推動細胞分類過程的特殊蛋白的位置和種類。
2010年，研究人員通過研究鑒別出了負責人類細胞分裂的關鍵人類基因組區(qū)域，但細胞并不會依靠基因組DNA來運行，其依賴于DNA所編碼的蛋白質(zhì)來運行，蛋白質(zhì)能在細胞中完成大部分工作，從而形成細胞的“運作”水平；諸如有絲分裂等過程需要在時間和空間上與數(shù)百種不同的蛋白質(zhì)緊密協(xié)調(diào)，蛋白質(zhì)通常會以團隊形式工作，類似于在大型建筑工地上的專業(yè)建筑工人團隊。

研究者Jan Ellenberg說道，截止到目前為止，很多單個實驗室僅能對活細胞中單一蛋白質(zhì)的作用機理進行研究，這項研究中我們利用了一種特殊的系統(tǒng)性策略，清楚的觀察到了人類活細胞中形成的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡；隨后研究人員將這些有絲分裂細胞圖譜中的數(shù)據(jù)整合到了交互式的4-D計算機模型中，在這種公共資源中，科學家們就能夠自由選擇有絲分裂蛋白的任意組合，并且實時觀察其在細胞分類過程中的作用模式。

共享工具制造更多的細胞圖譜

細胞分裂是有機體生命的必要過程，當其發(fā)生錯誤時，諸如生育問題和癌癥等缺陷就會發(fā)生，除了研究有絲分裂外，研究人員所開發(fā)的新技術還能用來研究驅動其它細胞功能的特殊蛋白，比如細胞死亡、細胞遷移，甚至是癌細胞的轉移；通過觀察這些蛋白質(zhì)所形成的動態(tài)網(wǎng)絡，研究人員鑒別出了關鍵的脆弱點，即只有一種蛋白質(zhì)負責將兩項任務聯(lián)系在一起。

從網(wǎng)絡的角度來觀察疾病相關的過程或許就能為研究人員尋找關鍵鏈接提供新的視角，這樣研究人員就能通過切斷或重新連接這些項目來改變其功能，這項研究中研究人員所采用的定量纖顯微鏡平臺和創(chuàng)建動態(tài)蛋白質(zhì)圖譜的代碼就能公開來供其他研究人員所使用。

計算活細胞中的蛋白

這項研究中，研究人員對在一種廣泛使用的人類癌細胞HeLa細胞進行研究，研究人員利用CRISPR/Cas基因編輯技術使細胞中28種對有絲分裂非常重要的蛋白質(zhì)顯現(xiàn)熒光，隨后應用3-D共聚焦顯微鏡來追蹤觀察這些細胞分布在細胞中的具體位置，這種纖維鏡的敏感性能夠達到對蛋白質(zhì)進行計算，因此研究人員就能夠清楚觀察到特定位點的100、1000或者10000個蛋白質(zhì)，對于所有蛋白質(zhì)而言，這些數(shù)據(jù)都能被整合到一種交互式的計算機模型中進行深入的分析。

人類細胞中一共有大約600種不同的蛋白質(zhì)參與了有絲分裂的過程，完成共600個蛋白質(zhì)的數(shù)據(jù)庫或許就能幫助研究人員理解細胞分類過程中信息的傳遞和擴散機制，以及細胞進行分裂的決策是如何進行制定的；研究者Stephanie Alexander表示，以相同的標準化方法來對更多的蛋白質(zhì)進行成像就能夠為當前的圖譜增加更多的信息，未來研究人員或將能繪制出細胞中蛋白質(zhì)的全景圖譜，通過該圖譜研究人員就能夠觀察到機體生命不同過程的發(fā)生機制，比如細胞分裂和細胞死亡等多過程，以及這些過程之間的神秘關聯(lián)。

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