研究人员开发了一种调节生物分子受体亲和力和协同作用的方法母婴知识

更新时间:2021-10-11 10:15:17
  我们的生物过程依赖于通讯系统——细胞信号——来触发靶细胞内部和靶细胞之间的连锁反应,从而产生反应。在这些通常复杂的通信中,第一...

  我们的生物过程依赖于通讯系统——细胞信号——来触发靶细胞内部和靶细胞之间的连锁反应,从而产生反应。在这些通常复杂的通信中,第一步是分子与细胞上或细胞内的受体结合的时刻,这促使改变触发器触发系统中传输的更多信号。受体结合是从食物品尝和呼吸中的血氧合作到药物治疗释放多种生物功能和反应的基本机制

  加州大学圣巴巴拉分校化学家Kevin plaxco实验室的研究人员对生物分子受体的力学非常感兴趣,在生物技术领域有着巨大的潜在应用,包括生物传感器的设计。在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中,研究人员开发了模块化设计方法来调节生物分子受体结合的两个重要且往往相反的方面:亲和力和协同作用。该研究的主要作者加布里埃尔·奥尔特加(Gabriel Ortega)说:“合作和亲和力之间存在权衡。”,补充说,这种平衡行为在自然界中很常见。“如果系统的一个特征得到改善,另一个特征可能会恶化。”
  因此,它也具有协同作用,这与多结合位点受体对目标分子浓度的微小变化作出反应的能力有关。亲和力也是如此,亲和力是与受体结合所需的目标分子浓度,与受体对目标分子最低浓度的敏感性有关。大自然的开关奥尔特加解释道:“大自然希望非常严格地调节身体中的所有过程。”为了做到这一点,我们的身体需要能够区分目标分子浓度的微小变化,并在合作组合的情况下对目标产生更强烈的“要么全有,要么全无”反应。浓度变化
  “最典型的例子是血红蛋白结合氧,”奥尔特加说。这些蛋白质由血细胞携带,有四个氧结合位点,随着血液流经肺部而聚集,第一个结合位点的亲和力最低。他说:“它就像一个看门人。它吸收了很多信号,但一旦它占据了较低的亲和力,其他亲和力较高的站点就更容易绑定。”他将它比作连接池的系统,其中第一个池最深,就像池一样。一旦饱和,其余的几乎立即充满
  “你希望血红蛋白在肺部完全捕获氧气,然后在组织中完全释放氧气,”奥尔特加说,并补充说,许多生物过程需要这种类似数字的反应,在信号提示的微小变化之间,接受者在几乎完全激活或几乎完全关闭之间穿梭。大脑和神经细胞之间的信号以这种方式工作,肌肉细胞也是如此。协同受体在生物工程中也很重要。例如,它们可用于提高生物传感器在测量其目标时的准确性(通过变陡与目标浓度相关的输出曲线),这对于某些药物(如化疗)范围非常窄的药物应用非常有用,在无效和有毒之间
  这是一个问题:要创建更陡峭的协同受体,第一个结合事件必须具有低亲和力,这意味着受体位点的整体亲和力低于仅由其最高亲和力受体组成的亲和力。在生物传感器等领域,这意味着合作带来的准确性提高与无法检测最低目标浓度有关。奥尔特加说,“如果你提高了合作能力,但以将检测能力推到你想要检测的窗口之外为代价,这是没有用的。”
  平均博弈
  研究人员探索了方法,可以提高基于适体的生物传感器的亲和力和协作性,它还允许生物传感器设计师在协同和亲和力之间进行微调,从而绕过跷跷板
  “如果你添加更多的高亲和力结合位点,你仍然在提高反应性,因为你仍然在改善协作,但现在你的整体亲和力将接近具有最高亲和力的位点,从而提高灵敏度,”Ortega在plaxco实验室的适体(单链DNA)中说当它们与目标分子(在本例中为化学物质阿霉素)接触时,充当它们的多个受体并改变形状.两个结合位点,一个低亲和力和一个高亲和力,产生协同反应,总亲和力是两个结合位点的平均值。第三个高亲和力位点将平均亲和力推高并增加协同作用。结果?传感器不仅可以检测低阿霉素浓度,而且可以检测这些浓度的微小变化
  同时,添加Ortega和另低亲和力受体可以进一步提高协同效应,尽管这是以降低亲和力为代价的
  Ortega说,“你总是会逐渐获得更多的合作和亲和力(相对于较少的结合位点)。”通过使用每个结合位点的亲和力,您可以将系统调整为两者之间的任何亲和力协作组合。“研究人员计划将他们的设计付诸实践,以改进他们开发的用于检测临床相关分子的适体传感器。他们正在进行体外和体内研究,利用这些传感器实时检测目标分子的存在和浓度。此外,奥尔特加计划使用这些新的设计原则在更精细和复杂的蛋白质系统中工作。“我认为现在我们已经证明这些基本原则是有效的,我们可以尝试在蛋白质中使用它们,”他说

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