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科研进展

Chemical Reviews |刘聪和合作者总结细胞原位研究蛋白质聚集的新技术

发布时间:Dec 20, 2023

蛋白质错误折叠和异常聚集在多种神经退行性疾病的发生、发展中起着至关重要的作用。这些过程不仅导致蛋白功能失常,还能形成有害的蛋白聚集体,从而加剧疾病进程。为了深入了解相应疾病的发病机理并开发有效的治疗方法,详细观察并深入理解细胞内蛋白质错误折叠与异常聚集的过程显得尤为关键。虽然基于纯化蛋白的体外研究已提供了许多重要见解,但蛋白质在活细胞复杂环境中的行为与体外简化模型存在显著差异。因此,运用先进技术在细胞环境中研究这些过程,能提供更深层次的信息,有助于更准确地描述疾病的发展过程,并揭示新的治疗靶点与策略。


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1. Chemical Reviews封面文章


近期,交叉中心刘聪研究员与西湖大学张鑫教授受邀在Chemical Reviews杂上发表了一篇题为 “Advanced Techniques for Detecting Protein Misfolding and Aggregation in Cellular Environments”的封面综述文章(图1)。该综述系统的总结了近年来在细胞环境中研究蛋白质错误折叠和异常聚集的四大类技术方法:基于光学的方法,基于质谱的方法,细胞内核磁共振以及冷冻电子显微镜技术(图2)。


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2. 研究细胞内蛋白质错误折叠和异常聚集的四大类技术:基于光学的方法、基于质谱的方法、细胞内核磁共振技术以及基于冷冻电镜的方法


综述文章首先介绍了最为广泛使用的基于光学的细胞成像技术,包括利用环境敏感探针的荧光显微镜,近红外荧光成像,超分辨显微镜,拉曼和红外光谱技术,以及其他基于光学显微镜的成像策略。这五大类技术的综合运用使得科学家们能够在体内直接观察到蛋白质的寡聚体和聚集体,为深入理解蛋白质错误折叠和异常聚集的行为特性提供了大量证据。文章接着转向基于质谱的技术,涵盖了传统质谱方法,氢氘交换质谱,交联质谱,错误折叠蛋白稳定性的热力学测量,限制性蛋白水解质谱和细胞热稳定性检测这六个主要领域。这类技术在分析异质溶液中的个体蛋白质种类方面具有显著优势,提供了从蛋白质结构到稳定性测量等多方面的信息。随后文章深入探讨了细胞内核磁共振技术,包括液态和固态核磁共振两大分类。这些技术不仅能提供单体蛋白质在错误折叠事件前后的动态行为的详细视图,还能揭示错误折叠蛋白聚集体的结构特征,对于理解这些复杂生物过程的基本机制提供了关键见解。最后,文章讨论了近年来快速发展的冷冻电子显微镜技术,尤其是在高分辨率揭示脑源性淀粉样蛋白纤维结构特征方面的进展,这对于理解疾病的分子机制和开发治疗策略至关重要。此外,正在快速发展的冷冻电子断层扫描技术在细胞内复杂且拥挤的环境中可视化淀粉样蛋白结构和特性方面展现了巨大潜力。

该综述不仅详细总结了这些技术的应用,还对未来的发展方向和应用前景提出了见解,并强调了多种技术手段联合应用的重要性,对在该领域的研究者和开发者具有很高的参考价值。该工作得到了来自于国家自然科学基金委,科技部,及上海市科委等项目及基金的资助。

 

论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.3c00494


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