纳米医学与生物治疗发现杂志
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纳米医学和药物输送：使用气体环境室对水合肌球蛋白丝中的肌球蛋白头恢复和动力冲程进行电子显微镜可视化和记录 - Haruo Sugi - 日本帝京大学

杉春夫

尽管肌肉收缩中滑动丝机制的重大发现已经过去了 50 多年，但肌球蛋白头部运动的分子机制以及 ATP 水解仍然是一个有争议和猜测的问题。研究肌球蛋白头部运动（产生肌丝滑动）的最直接方法可能是使用连接到电子显微镜的气体环境室（EC）直接记录水合活肌球蛋白丝中 ATP 诱导的肌球蛋白头部运动。虽然 EC 长期以来被材料科学家用于原位观察无机化合物的化学反应，但我们是唯一成功使用 EC 记录活体肌球蛋白丝中肌球蛋白头部运动的小组。我们通过附着金颗粒（直径，20 nm）通过三种不同的单克隆抗体，附着于： 肌球蛋白头催化结构域（CAD）的远端区域；在肌球蛋白头转换器域 (COD) 和肌球蛋白头杠杆臂域 (LD)。首先，我们在没有肌动蛋白丝的情况下记录了 ATP 诱导的肌球蛋白头部运动，发现肌球蛋白头部远离肌球蛋白丝的中央裸露区域。这一发现构成了肌球蛋白头部恢复中风的首次直接电子显微镜记录，在该情况下，肌球蛋白头部几乎自由地以~7 nm的平均振幅进行。经过多方努力，我们于2015年成功地在肌动蛋白-肌球蛋白丝混合物中记录了ATP诱导的肌球蛋白头做功冲程。由于有限数量的ATP只能激活有限比例的肌球蛋白头，肌球蛋白头仅通过拉伸相邻的肌节结构来移动，即名义上的等长状态。根据我们对单肌纤维的生理实验，在标准离子强度下，肌球蛋白头CAD不平行于细丝轴移动，而在低离子强度下，它平行于细丝轴移动。这些结果表明，肌球蛋白头部运动不一定遵循每本教科书中出现的摆动杠杆臂假说的预测