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武汉物数所在细胞内蛋白质的核磁共振研究方面获得重要进展

[2015/4/13]

  细胞内蛋白质的核磁共振研究(Protein In-cell NMR),即利用核磁共振波谱方法获取活细胞内原子分辨的蛋白质结构、动态学以及相互作用信息,是近年来核磁共振波谱的前沿研究领域。然而,细胞内环境极其复杂,生物大分子浓度高达100-400 g/L。在细胞内这种更为接近生理条件的环境下研究蛋白质,通常用于稀溶液中蛋白质研究的核磁共振技术往往束手无策,迫切需要发展新的核磁共振技术与方法。

  中国科学院武汉物理与数学研究所李从刚研究员带领原位生物大分子波谱分析组一直致力于发展新的核磁共振技术与方法用于细胞内蛋白质的研究,尤其在19F核磁共振(NMR)波谱方面已取得了一定进展。近日,该课题组利用19F NMR方法直接在完整的非洲爪蟾卵母细胞内观测钙离子诱导钙调蛋白的构象转变,研究成果以VIP(Very Important Paper)形式发表在《德国应用化学》杂志上(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, DOI: 10.1002/anie.201500261)。研究发现,在完整的非洲爪蟾卵母细胞内钙调蛋白随钙离子浓度的变化而发生构象转变;在较低的钙离子浓度下,细胞内钙调蛋白也能激活肌球蛋白轻链激酶(Myosin Light Chain Kinase,MLCK,结合钙调蛋白钙离子结合态而被激活),在细胞内验证了前人提出的钙调蛋白介导的不同信号通路的激活受钙调蛋白与下游信号蛋白结合强度的调控。该研究还首次将19F赝接触位移(Pseudocontact Shifts,PCS)技术应用于获取细胞内蛋白质的结构信息,结果表明,19F PCS技术可以提供细胞内蛋白质的长程结构约束信息。

  19F NMR方法在此对钙调蛋白的研究将为对活细胞内其他信号转导系统的研究提供新的思路。该研究得到了国家自然科学基金项目(21173258、21120102038、21221064)、科技部973计划(2013CB910200)以及中组部青年千人计划的资助。