肌球蛋白和肌動蛋白纖維的相互作用控制著肌肉收縮及許多其他肌肉運(yùn)動。另外兩種蛋白，原肌球蛋白和肌鈣蛋白調(diào)節(jié)肌球蛋白與肌動蛋白的結(jié)合。盡管有理論模型詳細(xì)描述了這些肌肉蛋白的相互作用機(jī)制，但此前人們還沒有具體觀察到這一相互作用。德國馬普分子生理學(xué)研究所的Stefan Raunser和Elmar Behrmann成功對肌動蛋白-肌球蛋白-原肌球蛋白復(fù)合體進(jìn)行了高精度成像，達(dá)到了前所未有的高分辨率0.8Å，該文章發(fā)表在Cell雜志上。

這項(xiàng)研究使研究人員能夠首次精確定位該復(fù)合體中的蛋白，并對肌肉收縮的過程進(jìn)行分析。研究還能幫助人們了解一些心臟病中的遺傳學(xué)突變對肌動蛋白-肌球蛋白-原肌球蛋白復(fù)合體的影響。

肌肉的基本功能單位被稱為肌小節(jié)，由肌動蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白組成。肌肉收縮時，肌球蛋白要能夠與纖維狀的肌動蛋白分子一同滑動。此時原肌球蛋白與肌鈣蛋白共同作用，通過控制肌球蛋白結(jié)合肌動蛋白的時機(jī)來調(diào)節(jié)肌肉收縮。而在靜止?fàn)顟B(tài)，原肌球蛋白和肌鈣蛋白阻斷肌球蛋白在肌動蛋白纖維上的結(jié)合位點(diǎn)。這時肌球蛋白頭部成90度角。只有在鈣流入調(diào)控蛋白后，肌動蛋白纖維上的結(jié)合位點(diǎn)才暴露出來。肌球蛋白的頭部與這一位點(diǎn)結(jié)合，并改變自身構(gòu)象以鉸鏈?zhǔn)脚まD(zhuǎn)，從而拉動肌動蛋白。隨著一個又一個肌肉纖維的滑動，肌小節(jié)縮短，肌肉收縮。

德國馬普分子生理學(xué)研究所的科學(xué)家首次揭示了這一模型的分子基礎(chǔ)，肌肉蛋白相互作用的細(xì)節(jié)。Stefan Raunser及其同事在冷凍電子顯微鏡技術(shù)的幫助下，獲得了肌肉結(jié)構(gòu)元件的準(zhǔn)確信息?！斑@是了解肌肉功能結(jié)構(gòu)中各蛋白之間相互作用的重要一步，”Raunser說。

研究人員確定了肌球蛋白結(jié)合的情況下，原肌球蛋白在肌動蛋白纖維上的準(zhǔn)確定位。肌動蛋白-肌球蛋白-原肌球蛋白復(fù)合體的精確圖像顯示，實(shí)際上是肌動蛋白給肌球蛋白帶來了構(gòu)象改變。研究人員將這一圖像與其他狀態(tài)下的肌球蛋白結(jié)構(gòu)相比較，描述了肌肉收縮時肌球蛋白和肌動蛋白的相互作用?！翱梢哉f，我們?yōu)樯瘜W(xué)家們繪制了一張圖，能幫助他們理解肌肉運(yùn)動的過程和事件發(fā)生的順序”， Raunser解釋道。

該研究也具有很高的醫(yī)學(xué)價值。心臟是人體最重要的肌肉組織，如果心臟的功能稍有差池，其結(jié)果可能是致命的。心臟的功能故障常常與點(diǎn)突變相關(guān)。馬普所研究人員得到的顯微圖像使人們得以首次識別并定位這些遺傳學(xué)突變。 “定位這些突變是研發(fā)此類心臟疾病藥物的基礎(chǔ)，”Stefan Raunser說。