巨型分子SMN的首张3D结构图

捕获具有可变形状的大分子复合物的结构是极其困难的。来自Würzburg和蒙彼利埃的科学家现在能做到这一点，绘制的SMN复合体3D结构图将有助于揭开导致脊髓型肌肉萎缩的SMN缺陷的原因。

　　

 

   

图片:SMN复合体模型，背景中可见染色的酵母细胞。

资料来源:Jyotishman Veepaschit / Team Fischer

SMN全称Survival Motor Neuron。几年前，科学家们确认，脊髓性肌肉萎缩这种疾病是由缺乏SMN复合体引起的。Utz Fischer教授是Würzburg Julius-Maximilian大学 (JMU)生物化学系的主任，在寻找脊髓性肌肉萎缩的根本原因时首次发现了这种分子。这些年来，Utz Fischer教授一直在分析这种叫做运动神经元生存蛋白的蛋白质，和与之同名的SMN大分子复合物，其中SMN蛋白是SMN复合体的组成部分之一。

Fischer教授的工作小组现在已经成功地提出了整个SMN复合体的第一个三维模型。一旦了解了复合体的结构，就有可能理解复合体是如何工作的，以及为什么失去其功能导致肌肉萎缩。科学家们在最新一期的《核酸研究》杂志上发表了他们的发现。这是一篇“突破性的文章”。这一新发现是通过一种结合了生物化学、基因和生物物理技术的综合结构生物学方法实现的。

分辨率高达百万分之一毫米

 Utz Fischer说:“是由低温电子显微镜的发展带来的‘革命分辨率’使得在原子细节上分析大型复杂分子的结构成为可能。”然而，这项技术的唯一障碍是，它在那些或多或少带刚性且很少有柔性部分的结构上效果最好。可惜许多分子实体并不是这样构建的，包括SMN复合体。Fischer教授说:“这种复合物对细胞至关重要，因为它支持基因表达所需的分子机器的形成。”然而，为了在细胞中发挥作用，它必须是高度灵活和动态的。因此，迄今为止，用传统策略进行结构分析是不可能的。

不同方法的结合是成功的关键

因此Fischer和他的团队选择了另一种方法:“我们的出发点是与来自法国蒙彼利埃的Rémy Bordonné博士的团队合作，这使我们能够识别裂殖酵母的SMN复合体，”他解释说，这个酵母SMN复合体非常适合进行综合结构分析，因为它包含的单个组件比人类SMN复合体少，动态行为也少。

在第一步中，他们通过x射线衍射分析，将各个部分可视化，这些部分对于保持复合体在一起是很重要的。在第二步中，他们通过小角度x射线散射来描述整个复合体和它的部分。这种方法也提供了有关复杂结构展开部分的动力行为的信息。同时，利用三维同源建模的生物信息学方法重建缺失部分。这种不同的结构生物学方法的结合将在未来变得更加重要，因为它产生了以前从未有过的结果——这就是Clemens Grimm博士的信念。他是Fischer团队“结构分析”部门的负责人，并对最近出版的著作有贡献。

手臂灵活的章鱼

结果得到的是一个整个SMN复合体的模型，为其功能提供了一个很好的解释。与章鱼类似，复合物的中心“身体”有许多长而灵活的“臂”，使复合物能够捕获蛋白质，并将它们与其他生物分子组装成分子机器。

该模型还提供了对导致脊髓性肌萎缩的过程的见解。Fischer的博士生Jyotishman Veepaschit解释说:“导致这种疾病的突变集中在复合物的中心。它们阻止了复合物的充分发育，使其无法在细胞中发挥作用。”他和同事Aravindan Viswanathan一起进行了这项研究的实验。

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关于脊髓性肌肉萎缩

脊髓性肌萎缩症是一种先天性疾病，可出现在儿童、青少年和成人，症状严重程度不一。在最严重的情况下，受其影响的患者在婴儿期就死于肌肉无力和进行性瘫痪。在其他情况下，包括理疗和矫形辅助在内的医疗护理可以使他们在相当长一段时间内保持活动和活力。脊髓性肌萎缩症并不罕见:约有1 / 6000人患有此病。由于基因组突变，这些人缺乏SMN蛋白。这种缺乏表现在控制肌肉运动的神经细胞上。这些细胞被称为运动神经元，它们失去了与肌肉的接触并死亡。