意外发现胶原蛋白结构或重塑生物医学研究：研究

德克萨斯州：胶原蛋白作为人体最丰富的蛋白质，长期以来被认为是一种可预测的组织结构成分。然而，由莱斯大学的杰弗里·哈特格伦克（Jeffrey Hartgerink）和余婷（Tracy Yu）领导的新研究，联合弗吉尼亚大学（University of Virginia，UVA）的马克·克鲁兹伯格（Mark Kreutzberger）和爱德华·埃格曼（Edward Egelman），挑战了这一观念。该研究发现了一种意外的胶原蛋白结构，可能彻底改变生物医学研究。

研究人员使用先进的低温电子显微镜（cryo-EM）确定了一种紧密堆积的胶原蛋白组装体的原子结构，这种结构偏离了传统上被接受的右手超螺旋扭曲。该研究于2月3日发表在《ACS Central Science》上，表明胶原蛋白的结构多样性可能比之前认为的更大。

“这项工作从根本上改变了我们对胶原蛋白的看法，”化学和生物工程教授哈特格伦克说。“几十年来，我们一直假设胶原蛋白三重螺旋总是遵循严格的结构范式。我们的发现表明，胶原蛋白组装体可以采用比以前认为的更广泛的构象。”

为了探索胶原蛋白组装体在原子水平上的结构，研究团队设计了一个基于C1q（一种关键免疫蛋白）的胶原样区域的自组装肽系统。然后，他们使用低温电子显微镜（cryo-EM），这是一种可以让科学家以前所未有的细节可视化生物分子的技术，分析了组装肽的结构。结果显示，模型偏离了经典的右手超螺旋扭曲。

这种意外的构象使得独特的分子相互作用成为可能，包括相邻螺旋之间的羟脯氨酸堆积，形成对称的疏水腔。这些特征表明，胶原蛋白组装体可能比之前认为的更具结构多样性。

“超螺旋扭曲的缺失允许出现以前在胶原蛋白中未见过的分子相互作用，”余婷说，她曾是哈特格伦克的研究生，现为华盛顿大学的博士后研究员。

该研究的第一作者克鲁兹伯格表示，这一发现确实质疑了之前的信念。“它挑战了长期以来关于胶原蛋白结构的教条，并打开了重新审视其生物学功能的大门，”克鲁兹伯格说。

这一发现的影响可能超越基础生物学。胶原蛋白不仅是结构蛋白——它还在细胞信号传导、免疫功能和组织修复中发挥着重要作用。

通过深入了解胶原蛋白的结构变异性，研究人员可能会解锁新的见解，涉及胶原蛋白组装受损的疾病，如埃勒斯-丹洛斯综合征（Ehlers-Danlos syndrome）、纤维化和某些癌症。

此外，这项工作为生物材料和再生医学领域的创新奠定了基础。通过利用这种新识别的胶原蛋白构象的独特结构特性，科学家们可以设计用于伤口愈合、组织工程和药物递送的新材料。

尽管胶原蛋白在人类生物学中普遍存在，但高分辨率研究其高级结构一直是一个挑战。传统的技术，如X射线晶体学和纤维衍射，提供了宝贵的见解，但无法捕捉复杂组装体中的胶原蛋白堆积。低温电子显微镜克服了这些限制，使研究团队能够以前所未有的细节可视化胶原蛋白的复杂结构。

“我们的研究修正了我们对胶原蛋白的理解，并强调了重新审视其他被认为已充分了解的生物结构的重要性，”共同通讯作者埃格曼说。

(全文结束)