Elektronvideografi fanger bevægende dans mellem proteiner og lipider

Forskerne opnåede videografi ved at kombinere en ny vandbaseret transmissionselektronmikroskopimetode med detaljeret beregningsmodellering på atomniveau. Den vandbaserede teknik involverer indkapsling af dråber i nanometerskala i grafen, så de kan modstå det vakuum, som mikroskopet fungerer i. Sammenligning af de resulterende videodata med molekylære modeller, som viser, hvordan tingene bør bevæge sig baseret på fysikkens love, hjælper forskerne ikke kun med at fortolke, men også validere deres eksperimentelle data.

"I øjeblikket er dette virkelig den eneste eksperimentelle måde at filme denne form for bevægelse over tid," sagde John W. Smith, den første forfatter af papiret, som fuldførte arbejdet, mens han var kandidatstuderende ved Illinois. "Livet er i væske, og det er i bevægelse. Vi forsøger at komme til de fineste detaljer i den forbindelse på en eksperimentel måde."

Til det nye studie - den første publicerede demonstration af elektronvideografiteknikken - undersøgte forskerne nanoskalaskiver af lipidmembraner, og hvordan de interagerer med proteiner, der normalt findes på overfladen af ​​eller indlejret i cellemembraner.

"Membranproteiner er i grænsefladen mellem celler og mellem indersiden og ydersiden af ​​cellen, og styrer, hvad der går ind og ud," sagde Smith. "De er overvældende mål for medicin; de er involveret i alle slags processer som hvordan vores muskler trækker sig sammen, hvordan vores hjerner fungerer, immungenkendelse; og de holder celler og væv sammen. Og al kompleksiteten af ​​hvordan et membranprotein virker kommer fra ikke kun sin egen struktur, men også hvordan den oplever lipiderne omkring sig."

Elektronvideografi gjorde det muligt for forskerne ikke kun at se, hvordan hele lipid-proteinsamlingen bevægede sig, men også dynamikken i hver komponent. Forskerne fandt ud af, at der var forskellige regioner inden for nanoskiven, og både mere udsving og mere stabilitet end forventet.

Mens det ofte antages, at indflydelsen af ​​et membranproteins bevægelse er begrænset til de lipidmolekyler, der direkte omgiver det, så forskerne mere dramatiske udsving over et større område, sagde Smith. Udsvingene fik en fingerlignende form, som slim sprøjtet på en væg. Alligevel ville nanodisken, selv efter en sådan dramatisk bevægelse, vende tilbage til sin normale konfiguration.

"Det faktum, at vi så disse domæner, og vi så det komme sig fra disse processer, tyder på, at interaktioner mellem proteinet og membranen faktisk har en større rækkevidde, end man normalt tror," sagde Smith.