단백질이 움직이는 것을 관찰하는 것은 과학자의 꿈입니다. 효소가 기질을 감싸거나 운동 단백질이 세포골격을 따라 건너뛰는 것입니다. 그러나 나노미터에 불과한 이러한 미묘한 움직임을 시각화하는 도구는 부족했습니다. 연구원들은 일반적으로 현미경으로 쉽게 감지되는 구슬에 단백질을 묶고 대신 구슬의 움직임을 측정합니다. 하지만 단백질보다 몇 배나 큰 거추장스러운 물체는 움직임을 방해할 수 있습니다. 독일 막스 플랑크 연구소의 생물물리학자인 스테판 헬은 "그것은 의심의 여지를 남깁니다,"라고 과학자에게 말합니다.
2016년에 Hell은 나노미터 해상도로 단백질을 추적할 수 있는 형광 현미경을 개발했습니다. MINFLUX로 알려진 이 도구는 작은 유기 형광체를 단백질에 부착한 후 도넛 모양의 레이저 빔으로 복합체를 흥분시키는 것을 포함합니다. 만약 단백질이 고리 아래 어딘가에 있다면, 형광체는 빛날 것입니다. 하지만 만약 레이저 황소가 고리의 어두운 중심 안에 있는 단백질을 본다면, 그것은 빛을 발하지 않을 것이고, 연구원들은 그들이 단백질의 정확한 위치를 알아냈다는 것을 알게 될 것입니다. 그 이후로 나노스코프는 핵 기공 복합체와 다른 거대 분자를 구성하는 단백질을 성공적으로 시각화하는 데 사용되었습니다.
이제, 사이언스지에 3월 10일에 발표된 논문은 시공간 해상도가 향상된 MINFLUX의 개선된 버전을 설명합니다. 이 현미경은 도넛 모양의 레이저 대신 직선으로 움직임을 포착하는 선형 빔에 의존합니다. 이 전략으로, Hell의 팀은 키네신이라고 불리는 운동 단백질이 마이크로튜브의 길이를 따라 걷는 것을 수행하면서 형광 태그를 부착하고 추적했습니다.
키네신은 신경전달물질로 채워진 소포와 같이 우리의 세포를 가로지르는 미세소관 레일을 따라 화물을 운반하는 데 중요한 역할을 합니다. ATP의 분열에 의해, 키네신은 미세소관을 따라 위치를 교대로 하는 두 발과 같은 머리 그룹으로 "밟아" 이동합니다.
연구원들은 키네신이 단백질 줄기의 회전으로 인해 긴 걸음과 짧은 걸음을 번갈아 가면서 미세관을 따라 고르지 않게 걷는다는 것을 알아챘습니다. 그들은 또한 두 개의 머리 그룹 중 하나만 미소관에 심었을 때 ATP가 단백질에 결합한다는 것을 밝혔습니다. 연구자들은 이전에 ATP가 두 개의 머리 상태(두 개의 머리 그룹이 단단히 심어진 상태)에서 결합하는지 아니면 한 개의 머리가 미세관에서 분리된 상태(한 개의 머리 상태)에서 결합하는지에 대해 의견이 분분했습니다. 그러나 이번 연구에 참여하지 않은 텍사스 오스틴 대학의 생물물리학자 데바라잔 티루말라이는 새로운 연구가 "문제를 해결한다"고 말합니다.
이 새로운 장치는 운동 단백질에만 국한되지 않습니다. 연구자들에게 다른 생체 분자의 구조 변화를 측정할 수 있는 귀중한 도구를 제공할 수 있습니다. 그리고 단백질 역학에 대한 더 나은 이해를 확립함으로써, 연구자들은 의약품에 대한 새로운 약물 결합 부위를 식별할 수 있을 것이라고 이 연구에 참여하지 않은 예일 대학의 생물 정보학 교수 마크 거스타인은 말합니다.
독일의 함부르크-에펜도르프 대학 의학 센터의 미생물학자인 Martin Aepfelbacher는 박테리아의 분자 기계를 시각화하기 위해 이미 MINFLUX의 이전 반복을 활용했습니다. 하지만 새로운 기술은 그의 그룹이 "활동 중인 개별 단백질의 움직임을 관찰할 수 있게" 해줄 수 있으며, 나노 스케일에서의 생물학적 활동에 관해 관찰할 수 있는 세부 사항의 수준을 크게 향상시킬 수 있다고 그는 말합니다.
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