97889 64456 72312 47532 85224 72311 99738 05314 18822 88877 83701 91188 72106 98803 83485 70762 67561 00923 55229 06479 57972 59061 74949 93171 14807 03728 86417 14924 55271 76483 09709 80826 48003 69756 41326 33857 90179 16007 50123 74390 32549 30315 44217 63317 75601 80709 41762 62320 18455 61834 28274 17965 11564 40730 97515 38882 00045 18375 34435 87730 65633 86354 42635 03181 37624 00288 29224 98754 64198 42645 13159 80277 57942 84214 09885 11406 37363 27238 16160 82824 82750 03902 45252 98749 86602 85405 74120 11069 70749 63642 54482 33973 81058 25338 11638 53184 38067 75862 58160 05931 81160 94118 63131 11678 37627 13358 15577 41533 20376 02073 54475 97260 40548 91470 84971 47067 00960 20371 54295 32383 70544 08125 72446 96640 07075 16165 30869 08344 20223 85830 11652 84248 58240 18720 83640 74865 63798 26432 11368 91553 98930 40390 63732 07578 52004 83379 91665 87295 27594 70342 33614 00445 56766 74846 32119 67664 51801 34739 44392 32414 80290 43295 50949 32938 59188 82226 64963 12065 07486 96473 17151 41690 05059 80565 72757 89563 68610 87113 78719 74762 26213 13426 23716 54025 70952 73308 30338 98371 80443 39662 15506 33308 53719 47268 57523 71539 98084 43052 68615 92226 35372 86296 82533 08533 12606 77475 19780 50069 42332 94775 84463 97795 86712 89454 36026 27730 87899 25252 69813 38682 Elektronische Videografie fängt den bewegenden Tanz zwischen Proteinen und Lipiden ein – MJRBJC
Elektronische Videografie fängt den bewegenden Tanz zwischen Proteinen und Lipiden ein

Einzel-Nanodisc-Bildgebung mit Flüssigphasen-TEM. Kredit: Wissenschaftler machen Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0217

In einer ersten Demonstration der „Elektronenvideografie“ haben Forscher ein bewegtes mikroskopisches Bild des zarten Tanzes zwischen Proteinen und Lipiden in Zellmembranen aufgenommen. Die Technik könne genutzt werden, um die Dynamik anderer Biomoleküle zu untersuchen und sich von den Zwängen zu befreien, die die Mikroskopie auf Standbilder stationärer Moleküle beschränken, sagen die Urbana-Champaign-Forscher und Mitarbeiter an der University of Illinois am Georgia Institute of Technology.

„Wir gehen über das Aufnehmen einzelner Schnappschüsse hinaus, die Struktur, aber keine Dynamik verleihen, sondern erfassen kontinuierlich Moleküle im Wasser, ihren ursprünglichen Zustand“, sagte Studienleiter Qian Chen und Professor für Materialwissenschaften und -technik in Illinois. „Wir können wirklich sehen, wie Proteine ​​ihre Konfiguration ändern und in diesem Fall, wie die gesamte selbstorganisierte Protein-Lipid-Struktur im Laufe der Zeit schwankt.“

Die Forscher berichteten in der Zeitschrift über ihre Technik und Ergebnisse Wissenschaftler machen Fortschritte.

Elektronenmikroskopische Techniken bilden Bilder im molekularen oder atomaren Maßstab ab und erzeugen detaillierte Bilder im Nanomaßstab. Sie stützen sich jedoch oft auf eingefrorene oder fixierte Proben, was Wissenschaftler dazu zwingt, Rückschlüsse darauf zu ziehen, wie sich Moleküle bewegen und interagieren, als würden sie versuchen, die Choreografie einer Tanzsequenz aus einem einzelnen Bild eines Films abzubilden.

„Dies ist das erste Mal, dass wir ein Protein im Einzelmaßstab betrachten, ohne es einzufrieren oder zu kennzeichnen“, sagte Aditi Das, Professorin an der Georgia Tech und korrespondierende Autorin der Studie. „Normalerweise müssen wir ein Protein kristallisieren oder einfrieren, was die Aufnahme hochauflösender Bilder von flexiblen Proteinen vor Herausforderungen stellt. Alternativ verwenden einige Techniken eine molekulare Markierung, der wir folgen, anstatt das Protein selbst zu beobachten. In dieser Studie haben wir Sehen Sie das Protein so, wie es ist, wie es sich in einer flüssigen Umgebung verhält und beobachten Sie, wie Lipide und Proteine ​​miteinander interagieren.






Die Forscher führten die Videografie durch, indem sie eine neue wasserbasierte Transmissionselektronenmikroskopie-Methode mit detaillierter Computermodellierung auf Atomebene kombinierten. Bei der wasserbasierten Technik werden nanoskalige Tröpfchen in Graphen eingekapselt, damit sie dem Vakuum standhalten, in dem das Mikroskop arbeitet. Der Vergleich der resultierenden Videodaten mit molekularen Modellen, die zeigen, wie sich Dinge gemäß den Gesetzen der Physik bewegen sollten, hilft Forschern nicht nur bei der Interpretation, sondern auch bei der Validierung ihrer experimentellen Daten.

„Derzeit ist dies wirklich die einzige experimentelle Möglichkeit, diese Art von Bewegung im Laufe der Zeit zu filmen“, sagte John W. Smith, der Erstautor der Arbeit, der seine Arbeit während seines Doktorandenstudiums in Illinois fertigstellte. „Das Leben ist flüssig und in Bewegung. Wir versuchen, die kleinsten Details dieses Zusammenhangs experimentell herauszufinden.“

Für die neue Studie – die erste veröffentlichte Demonstration der Elektronenvideografie-Technik – untersuchten die Forscher nanoskalige Scheiben aus Lipidmembranen und wie diese mit Proteinen interagieren, die normalerweise auf der Oberfläche von Zellmembranen vorkommen oder in diese eingebettet sind.






„Membranproteine ​​sitzen an der Grenzfläche zwischen Zellen und zwischen dem Inneren und Äußeren der Zelle und kontrollieren, was hinein und heraus geht“, sagte Smith. „Sie sind meist Ziele für die Medizin; sie sind an allen möglichen Prozessen beteiligt, etwa an der Kontraktion unserer Muskeln, an der Funktionsweise unseres Gehirns, an der Immunerkennung; und sie halten Zellen und Gewebe zusammen. Und die ganze Komplexität der Funktion eines Membranproteins entsteht dadurch, dass es nicht so ist.“ nicht nur seine eigene Struktur, sondern auch, wie es die es umgebenden Lipide wahrnimmt.

Mithilfe elektronischer Videografie konnten die Forscher nicht nur sehen, wie sich die Lipid-Protein-Anordnung bewegte, sondern auch die Dynamik jeder Komponente. Die Forscher fanden heraus, dass es innerhalb der Nanoscheibe unterschiedliche Regionen sowie mehr Schwankungen und mehr Stabilität als erwartet gab.

Obwohl oft angenommen wird, dass der Einfluss der Bewegung eines Membranproteins auf die Lipidmoleküle beschränkt ist, die es direkt umgeben, haben Forscher dramatischere Schwankungen in einem größeren Bereich beobachtet, sagte Smith. Die Schwankungen nahmen die Form eines Fingers an, wie Schleim, der auf eine Wand gespritzt wurde. Doch selbst nach solch einer spektakulären Bewegung würde die Nanoscheibe in ihre normale Konfiguration zurückkehren.

„Die Tatsache, dass wir diese Domänen gesehen haben und gesehen haben, wie sie sich von diesen Prozessen erholt haben, legt nahe, dass die Wechselwirkungen zwischen dem Protein und der Membran tatsächlich weitreichender sind, als allgemein angenommen wird“, sagte Smith.






Die Forscher planen, ihre Elektronenvideographie-Technik zur Untersuchung anderer Arten von Membranproteinen und anderer Klassen von Molekülen und Nanomaterialien einzusetzen.

„Mit dieser Plattform könnten wir Ionenkanäle untersuchen, die sich öffnen und schließen, um den Fluss und die Interaktionen zwischen Zellen zu regulieren“, sagte Chen.

Qian Chen ist außerdem mit dem Department of Chemistry, dem Beckman Institute for Advanced Science and Technology, dem Carle Illinois College of Medicine und dem Materials Research Laboratory in Illinois verbunden.

Mehr Informationen:
John W. Smith et al., Elektronische Videografie eines Lipid-Protein-Tangos, Wissenschaftler machen Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0217

Zur Verfügung gestellt von der University of Illinois in Urbana-Champaign

Zitat: Elektronenvideografie fängt den bewegenden Tanz zwischen Proteinen und Lipiden ein (22. April 2024), abgerufen am 22. April 2024 von https://phys.org/news/2024-04-electron-videography-captures-proteins-lipids html

Dieses Dokument unterliegt dem Urheberrecht. Mit Ausnahme der fairen Nutzung für private Studien- oder Forschungszwecke darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt dient lediglich der Information.

By rb8jg

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Failed to fetch data from the URL.