西班牙的一组研究人员取得了一项突破，他们捕捉到了世界上第一张人类细胞“高速公路网络”开始出现的详细图像。
高分辨率图像和原子级胶片有助于解释一个长期存在的难题，即称为“微管”的小结构是如何在细胞分裂过程中形成的。这一发现可能会推动癌症和许多其他疾病靶向治疗的发展。
“微管是细胞的关键组成部分，但我们在教科书上看到的描述微管形成最初时刻的所有图像，都是基于酵母结构的模型或漫画，”巴塞罗那基因组调控中心的生物化学家托马斯·萨里（Thomas Surrey）说。
“在这里，我们捕捉到了人体细胞内的作用过程。现在我们知道了它的样子，我们可以探索它是如何被调节的。考虑到微管在细胞生物学中的基本作用，这可能最终导致针对各种疾病的新治疗方法。”
在细胞中，微管就像高速公路一样在不同区域之间运输成分。它们在细胞分裂中也起着至关重要的作用，就像套索一样，通过钩住和分离重复的染色体，使细胞分裂成两个。
通过一种称为“微管成核”的过程，微管由一种称为“微管蛋白”的蛋白质通过一种称为γ-微管蛋白环复合物（γ-TuRC）的结构构建而成，这种结构就像一个指导微管形成的蓝图。
当发现人类γ-TuRC暴露了14行微管而不是细胞正常运作所需的13行微管时，一个谜团出现了，并且γ-TuRC的环结构在科学家预期它是关闭的时候却出现了开放。
γ-TuRC和微管的首次高分辨率图像有助于解开这个谜团。为了在实验室中看到它，研究小组不得不放慢高速过程的速度。
基因组调控中心的细胞生物学家考里戴尔·布里托（Cláudia Brito）说：“我们必须找到条件，使我们能够在成核过程中对超过一百万个微管进行成像，以免它们长得太长，从而掩盖γ-TuRC的作用。”
“我们能够使用我们实验室的分子工具箱实现这一点，然后将微管存根冻结到位。”
研究人员使用冷冻电子显微镜和一些复杂的图像处理来确定微管形成过程中γ-TURC的3D结构。他们发现，当γ-TURC启动成核和微管生长时，它会经历形状变化。
它巧妙地关闭，储存一个微管蛋白，使其与微管的设计相匹配。还发现了一种新的锁存机制，它揭示了生长的微管帮助γ-TURC模板找到正确的形状。
西班牙国家癌症研究中心的结构生物学家奥斯卡·洛卡（Oscar Llorca）说：“我们已经可视化了启动微管形成的过程，我们看到人类γ-TuRC是一个开放的环，关闭后有效地成为微管成核的完美模板。”
“但我们也发现，为了关闭这个环，需要将微管的‘第一块砖’放到位；当这种情况发生时，人类γ-TURC的一个区域充当锚，与这块‘第一块砖’接合，然后关闭环，启动微管的形成。”
微管的问题会导致许多健康并发症，包括癌症。微管功能障碍还会加剧哮喘和心脏病等疾病，并导致神经退行性疾病。
虽然微管是一些癌症治疗的目标，但这些药物也有影响健康细胞的不幸副作用。随着时间的推移，肿瘤有可能对这些药物产生抗药性。因此，更多地了解微管及其构建过程是有价值的。
生物化学家托马斯·萨里解释说：“随着进一步的工作澄清调节因子如何与γ-TuRC结合，以及它们如何影响成核过程中的构象变化，它可能会改变我们对微管如何工作的理解，并最终提供人们可能想要的替代位点，以防止癌细胞经历细胞周期。”
这项研究发表在《科学》杂志上。
