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显微镜技术的结合揭示了关键蛋白质复合物的三维结构

2018-12-24 10:14:41 • 来源：

Stowers医学研究所的研究人员已经解决了复合物的三维结构，这对于在生殖细胞分裂或减数分裂过程中将染色体正确分选成卵子和精子至关重要。当这种称为联会复合体的结构在细胞中不能正常组装时，它可能导致染色体异常，流产和先天缺陷。自从联合复合体于1956年首次被发现以来，研究人员一直试图识别它的许多运动部件以及它们如何组合在一起。他们的努力受到物理定律的限制：即使是最高功率的显微镜，结构也太小而无法可视化。

显微镜技术的结合揭示了关键蛋白质复合物的三维结构

现在，Stowers的研究人员，包括Cori Cahoon，Zulin Yu，Ph.D。和Yongfu Wang博士，已经结合了两种先进的显微镜技术 - 一种将样品扩大到原始尺寸的几倍，另一种使用计算机捕获人眼无法看到的东西 - 呈现出这种神秘结构的形象。他们的研究结果在2017年7月31日的“美国国家科学院院刊”网络早期版本中报道，并不是他们所期望的。“这个结构比我们想象的要复杂得多，美丽得多，”Stowers研究所的调查员，该研究的资深作者R. Scott Hawley博士说。“我们认为它看起来就像一条铁轨，但我们发现它实际上更像是两条铁轨，一条堆叠在另一条铁轨之上。这改变了我们对这种结构及其作用的看法。”

在减数分裂中，细胞复制其所有染色体，将它们配对，然后将它们分成卵或精子。这种精心编排的过程得到了联会复合体的帮助，联合复合体是在成对的同源染色体之间形成的蛋白质组合，并使它们保持适当的对齐和位置。减数分裂期间的错误是导致人类流产的主要原因。

几十年来，研究酵母，苍蝇，蠕虫甚至一些哺乳动物的研究人员试图仔细研究进化上保守的联会复合体结构。去年，Stowers显微镜和组织学研究所的研究人员Yu和Wang分别了解了一种称为扩展显微镜的新技术，该技术允许以纳米级精度显示结构。他们联系了Hawley实验室的博士后研究员Cahoon，他正在研究这种联会复合体，并建议他们试一试。

霍利说：“她愿意抓住机会进行实验，即使它们存在风险。它带来了大量的回报。” “他们所取得的成就是技术巡回演出。”首先，该团队收集了解剖果蝇卵巢的联会复合体样本。他们将这些样品嵌入特殊类型的凝胶中，加入液体，观察样品扩大四倍。然后，研究人员使用称为结构照明显微镜的超分辨率技术研究了超大尺寸样本。

他们发现的是惊人的结构：结构分为两个相同的层，在较低的分辨率下无法区分。基本上，联会复合体连接两个同源染色体，每个染色体具有彼此堆叠的两个姐妹染色单体。研究人员表明，这种复合物采用双层方法分别连接两个上部染色单体和两个下部染色单体。他们创建了一个结构的计算机模型，显示由两组铁轨连接的DNA线圈，这两条铁轨由作为联会复合体一部分的四种已知蛋白质组成。虽然在这项研究中的研究人员 只看了四种蛋白质，更多的未知蛋白质也可能存在于结构中，因此还有更多细节需要填写。

“这是一个非常令人难以置信的洞察力，这是一种技术上的飞跃，使用这种新的扩展显微镜方法，并将其与结构化照明合并，以创建一种方式来查看以前尚未解决的结构，”霍利说。“我们可以学到更多东西。我们越深入到结构中，我们看到的越复杂，结构就越令人惊讶。结构提供了对功能的深刻洞察。”

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