강력한 현미경으로 모터 단백질을 전례 없이 세밀하게 포착합니다.

Amanda Heidt는 유타주 모아브에서 프리랜서 작가이자 편집자로 활동하고 있습니다.

PubMed Google Scholar에서도 이 저자를 검색할 수 있습니다.

미세소관의 키네신이라고 불리는 분자 모터의 그림. 출처: Graham Johnson, Ron Vale/HHMI

초고해상도 현미경이 나오자마자 과학자들은 이를 키네신이라고 불리는 분자 모터에 적용했습니다. 분자 연료 ATP에 의해 구동되는 이 단백질은 미세소관이라고 불리는 단백질 고속도로를 따라 화물을 이동시켜 세포 분열, 세포 신호 전달 및 세포 내 수송을 포함한 중요한 과정을 구동합니다. 연구자들은 오랫동안 이러한 모터가 어떻게 작동하는지 이해하고 싶었지만 이를 시각화하기 위해 과학자들은 모터의 속도를 늦추거나 단순화된 시험관 시스템에서 분리해야 했습니다.

이제 Science에 동시에 발표된 논문에서 독립적으로 작업하는 두 팀은 MINFLUX라는 초고해상도 도구를 사용하여 생리학적으로 관련된 ATP 농도에서 거의 실시간으로 모터를 연구했습니다. 독일 괴팅겐의 MPI(Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences)와 하이델베르그의 의학 연구 MPI에 공동으로 임명된 MINFLUX의 발명가 Stefan Hell이 주도한 첫 번째 논문에서는 새로운 장비 설계를 사용하여 추적했습니다. 3D로 단백질의 움직임에 대한 세부 정보를 보여줍니다1. 두 번째는 하이델베르그 유럽 분자생물학 연구소의 생물물리학자 조나스 리스(Jonas Ries)가 이끄는 연구에서 MINFLUX가 살아있는 세포의 분주함 속에서도 키네신을 추적할 수 있다는 것을 처음으로 보여주었습니다2.

"이 기술이 작동하려면 다양한 것들이 필요하며 이 모든 것들이 함께 결합되는 것을 보는 것은 재미있습니다."라고 이미징 전략을 개발하지만 어느 쪽에도 관여하지 않은 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스의 생의학 엔지니어인 Michelle Digman은 말합니다. 공부하다. "키네신을 매우 정확하게 추적할 수 있다는 것을 보여주는 개념 증명처럼 보였습니다. 그리고 라이브 셀 시스템이 있으면 훨씬 더 놀랍습니다."

연구자들은 1985년 단백질이 발견된 직후 키네신 운동의 기초를 연구하기 시작했지만 초고해상도 도구의 출현으로 새로운 수준의 세부 묘사가 가능해졌습니다. 2004년에 연구자들은 FIONA(1나노미터 정확도의 형광 이미징)라는 기술을 사용하여 대형 신발을 신고 키가 크고 꼬인 줄기처럼 보이는 키네신이 미세소관 트랙에서 '손을 맞대고' 걷는다는 사실을 보여주었습니다. 원숭이 막대 세트를 가로지르는 어린이의 손과 유사한 움직임의 발3. 그러나 FIONA가 탁월한 공간 분해능을 제공했음에도 불구하고 과학자들은 단백질을 연구할 수 있을 만큼 속도를 늦추기 위해 ATP를 할당해야 했습니다. 지난 10년 동안 연구자들은 키네신을 추적하기 위해 게르마늄4 또는 금5 구슬로 태그를 지정했지만 이러한 상대적으로 부피가 큰 태그는 이 방법이 단백질의 전체 운동 범위를 얼마나 잘 재현하는지에 대해 의문을 제기합니다.

Hell과 그의 팀은 2016년에 6 MINFLUX를 출시했을 때 Hell이 2014년 노벨 화학상을 공동 수상한 이전 STED(자극방출감소) 현미경보다 더 발전된 것으로 보았습니다. STED는 여기 레이저에 중첩된 도넛 모양의 '고갈' 레이저를 사용하여 빛의 기존 회절 한계(약 250나노미터) 아래로 형광 영역을 효과적으로 축소합니다. 반면 MINFLUX는 도넛 모양의 레이저를 사용하여 중앙에 형광 강도가 0인 지점을 만듭니다. 이 레이저를 이동함으로써 연구자들은 거의 생리학적 속도로 형광 분자의 위치를 ​​정확히 찾아낼 수 있습니다.

스마트 현미경은 순간적인 생물학을 발견합니다.

3월에 발표된 새로운 연구1에서 Hell의 그룹은 초점면에서 두 방향으로 선형 레이저를 빠르게 연속적으로 펄스하는 MINFLUX 버전을 테스트하여 중첩되는 형광 강도가 가장 낮은 위치를 찾아 단백질의 위치를 ​​파악했습니다. 여러 측정을 결합함으로써 연구자들은 주자의 경로를 표시하는 앱과 같이 분자가 미세소관을 따라 이동하는 위치를 보여주는 트랙을 생성할 수 있었습니다.