據(jù)物理學家組織網(wǎng)3月21日報道，最近，美國加利福尼亞大學（UC）伯克利分校和勞倫斯·伯克利國家實驗室科學家開發(fā)出一種整聯(lián)蛋白的計算機模型，只有約20納米長，能模仿真實的整聯(lián)蛋白在細胞中的活動，且對能量和其他變化產(chǎn)生的反應(yīng)。這一成果為人們探索整聯(lián)蛋白如何把細胞內(nèi)外環(huán)境聯(lián)系在一起開辟了新途徑。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《公共科學圖書館·計算生物學》上。

細胞就像一種社會動物，不停地與周圍環(huán)境交往互動，接受來自周圍的信號：何時該分裂、要到哪里去以及其他危急任務(wù)。驅(qū)動整個細胞網(wǎng)絡(luò)運作的關(guān)鍵要素之一就是整聯(lián)蛋白。這種蛋白位于細胞的外層質(zhì)膜，由α和β兩個亞基組成，能把細胞外的機械壓力轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)的化學信號，告訴細胞該做什么。如果它們不能正常工作，整聯(lián)蛋白就會導(dǎo)致疾病，如動脈粥樣硬化和多種癌癥。

但迄今為止，科學家還未能確切知道整聯(lián)蛋白是怎么工作的，以及它的完整晶體結(jié)構(gòu)，因為要通過實驗觀察蛋白質(zhì)分子機器的運作非常困難。如果有一種不依賴實驗方法的新途徑，將為研究帶來極大便利。

新研究由伯克利實驗室物理生物科學分部科學家、生物工程與機械工程副教授莫罕默德·莫弗雷德和研究生邁哈戴德·邁哈博德共同指導(dǎo)。他們的“分子動力學”模型是計算生物學領(lǐng)域的最新范例，通過計算機分析生物現(xiàn)象，探索無法用實驗揭示的原理機制。整聯(lián)蛋白模型的模擬運作要花大量機時，某些模擬需要600個并行處理器運行48個小時。莫弗雷德說：“現(xiàn)在，我們能通過計算機模擬，揭示質(zhì)膜上的整聯(lián)蛋白是怎樣把細胞外的機械信號轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)的化學信號的?！?/span>

利用該模型，研究人員還揭示了整聯(lián)蛋白是怎么“知道”用更多數(shù)量來反應(yīng)更大壓力的。當它們被外部壓力激活時，整聯(lián)蛋白會在細胞表面聚集在一起，把它們的蛋白質(zhì)連接起來形成一種焦點粘合結(jié)構(gòu)，受到更大壓力時，這些粘合還會召集更多的整聯(lián)蛋白。根據(jù)模型顯示，組成整聯(lián)蛋白的亞基是由肌動蛋白細絲連接在一起的，這可能是它們能吸引更多同伴的原因，這種結(jié)構(gòu)形成了細胞的基本骨架。“我們發(fā)現(xiàn)，如果肌動蛋白細絲承受了更大壓力，它們會自動地把更多整聯(lián)蛋白聚在一起，形成更大的集叢?！边~哈博德說。

該模型還有助于回答一個長期未解的問題：整聯(lián)蛋白是在被激活后立即發(fā)生了相互作用還是即便它們聚在一起，彼此間也根本不會相互作用。研究人員利用模型模擬了當整聯(lián)蛋白嵌在質(zhì)膜上時，彼此間發(fā)生相互作用的可能性。他們發(fā)現(xiàn)，整聯(lián)蛋白在間隔一個β亞基時很可能發(fā)生相互作用。

這些發(fā)現(xiàn)都是通過計算模擬獲得，有助于指導(dǎo)人們設(shè)計新的實驗，以揭示整聯(lián)蛋白的作用及運行機制。莫弗雷德說：“我們的研究提出了一種假設(shè)，將整聯(lián)蛋白活性與聚集聯(lián)系在一起，也為將來的研究開辟了新途徑。” （常麗君）