Il "freeze-frame" biologica mostra la fase iniziale nella formazione di actina, una robusta filamenti filamento simile che è vitale per l'uomo. Filamenti di actina aiutano le cellule mantengono la loro forma. I filamenti, che sono chiamati F-actina, svolgono anche un ruolo chiave nella contrazione muscolare, la divisione cellulare e altri processi critici.

"Una delle principali differenze tra le cellule cancerose e cellule sane è la loro forma," ha detto il co-autore Jianpeng Ma, professore di bioingegneria presso la Rice e il professore Lodwick T. Bolin di Biochimica presso BCM. "C'è una correlazione tra la forma sana e la crescita di cellule ben regolato, e le cellule tumorali sono spesso brutti e mal di forma rispetto alle cellule sane."

F-actina è stato scoperto nel 1887, ma, nonostante i più di 18.000 studi actina legati a letteratura scientifica, i biologi hanno lottato per sbloccare alcuni dei suoi segreti. Ad esempio, F-actina è un polimero costituito da molte proteine ​​più piccole chiamate monomeri. Questi blocchi, che sono chiamati G-actina, end auto-assemblaggio di porre fine a formare F-actina. Ma il processo di auto-assemblaggio è così efficiente che gli scienziati sono stati in grado di vedere cosa succede quando i primi due o tre monomeri si uniscono per formare il nucleo di un filamento. I filamenti di F-actina all'interno delle cellule sono costantemente in costruzione, lacerato e ricostruita.

"Nucleazione è fondamentale per questo continuo costruzione e ricostruzione", ha detto BCM biochimico e di studio co-autore Qinghua Wang. "Per le cellule sane, nucleazione è il punto di partenza per la forma solida. Per le celle malsane, come il cancro, i processi di nucleazione possono svolgere un ruolo cruciale nella crescita non regolamentata. Questo è uno dei motivi che vogliamo capire meglio nucleazione."

Nel 2008, Ma e Wang hanno chiesto Xiaorui Chen, uno studente laureato in Strutturale e Biologia Computazionale del BCM e il programma di Biofisica molecolare, per intraprendere il compito di usare x cristallografia a raggi per determinare la struttura del nucleo actina. I suoi primi tentativi falliti, ma la squadra finalmente ebbe l'idea vincente di creare due versioni mutanti di G-actina che potrebbe nucleazione ma non polimerizza.

Native G-actina lega con un vicino in alto e uno in basso, e questo top-bottom, end-to-end tipo di legame è la chiave per la formazione di lunghe polimeri F-actina. Per favorire nucleazione senza polimerizzazione, Chen ha creato due versioni mutanti di G-actina. Un mutante potrebbe impegnare normalmente sopra ma non sul fondo, e l'altro potrebbe impegnare normalmente sul fondo ma non in cima.

"Questa strategia dual-mutante è stata la chiave", ha detto Chen, che ora è un ricercatore post-dottorato presso BCM. "Dopo di che, abbiamo dovuto superare i problemi legati alla formazione e crescita dei campioni di cristallo necessari per cristallografia."

Chen utilizzato un processo in due fasi per preparare i cristalli. In primo luogo ha utilizzato alti livelli di super-saturazione per stimolare la formazione di cristalli iniziale e poi utilizzato una semina processo chiamato di trasferire i cristalli di recente formazione di un altro mezzo dove potevano crescere abbastanza grande per l'esame.

Una volta che i cristalli sono stati preparati, sono stati analizzati con diffrazione dei raggi X, che ha rivelato la disposizione atomica di ciascun atomo nella nucleata, accoppiamento a doppio mutante.

"Crediamo che questo accordo di doppia-mutante rivela i contatti più importanti coinvolte nella nucleazione," Ma ha detto. "Per la prima volta, siamo in grado di vedere come actina inizia nucleazione."

Ulteriori co-autori includono Fengyun Ni sia Riso e BCM, Xia Tian di BCM e Elena Kondrashkina della Northwestern University. La ricerca è stata sostenuta dal National Institutes of Health, la Fondazione Gillson-Longenbaugh, la National Science Foundation, la Fondazione Welch, il Dipartimento dell'Energia e del Michigan Economic Development Corp.