在细胞膜融合过程中 中子产生第一个直接的三维水图

细胞膜融合过程中水分布的新3D图加速了对细胞发育的科学认识，这可能导致与细胞融合相关的疾病的新疗法。利用美国能源部橡树岭国家实验室的中子衍射，研究人员首次直接观察了用于模拟细胞膜融合的脂质双层膜中的水。

该研究发表在Journal of Physical Chemistry Letters上，可以为正常细胞融合被破坏的疾病提供新的见解，例如Albers-Schönberg病(骨硬化病)，有助于促进退行性疾病的基于融合的细胞疗法的发展，以及导致阻止癌细胞和非癌细胞之间细胞间融合的治疗方法。

当两个细胞在受精过程中结合，或者膜结合的囊泡在病毒进入，神经元信号传导，胎盘发育和许多其他生理功能期间融合时，融合配偶体之间的半透膜双层必须合并以交换它们的内部内容物。当两个膜彼此接近时，水合力呈指数增加，这需要大量的能量来克服膜。绘制水分子的分布图是了解融合过程的关键。

研究人员在ORNL的散裂中子源上使用了小角度中子散射(EQ-SANS)仪器，在高通量同位素反应堆中使用了生物小角度中子散射(Bio-SANS)仪器，这两种仪器都可以探测小到中等的结构。几纳米的尺寸。

“我们使用中子探测我们的样本，因为水通常不能通过X射线看到，并且因为其他成像技术无法准确捕捉到极其快速和动态的细胞融合过程，”Durgesh K. Rai，co说。 - 作者，现在是康奈尔大学康奈尔高能同步加速器源的博士后研究员。“此外，EQ-SANS和Bio-SANS中的低能量中子不会引起辐射损伤或引入可能干扰脂质化学的自由基，就像X射线一样。”

研究人员的水密度图表明水在初始层状或分层阶段与脂质表面分离。在称为半融合的中间融合阶段，水被显着减少并被挤压到茎周围的口袋中 - 在完全发生融合之前连接两个膜的高度弯曲的脂质“桥”。

“对于中子散射实验，我们用氘原子取代了一些水的氢原子，这有助于中子在膜融合过程中观察水分子，”该研究的通讯作者和ORNL的中子散射科学家Shuo Qian说。“我们获得的信息可能有助于未来对膜复合物中膜作用药物，膜相关蛋白和多肽的研究。”