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生物学家展示了细胞“承担者”的内在运作

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-01-20浏览次数:1383

细胞最重要的职责之一是分解和回收不再需要或损害细胞的蛋白质。该任务由称为蛋白酶体的细胞纳米机器执行。

来自斯克里普斯研究的科学家已经破译了蛋白酶体如何将能量转化为机械运动,解开和展开蛋白质以进行破坏。发表在“科学”杂志上的研究结果帮助我们了解蛋白酶体如何预防帕金森病和阿尔茨海默病等疾病。

Scripps Research加州校区副教授Gabriel Lander博士说:“蛋白酶体就像蛋白质细胞载体,不再需要蛋白质或对细胞健康构成威胁。” “随着年龄的增长,我们的蛋白酶体效率降低,导致各种疾病。”

Lander的实验室专注于可视化蛋白酶体的内部运作五年多。这项工作大部分是与加州大学伯克利分校的Andreas Martin合作完成的,他是该研究的合着者。

蛋白酶体不容易揭示其秘密,并且一直是一个具有挑战性的生物学目标。虽然它是细胞中最大的机器之一,但蛋白酶体仍然非常小。 “想象一下,仰望月球并试图阅读其表面上的迹象 - 这就是我们正在努力的规模,”兰德说。更复杂的是,蛋白酶体的结构非常复杂,由马达和许多活动部件组成。

由于称为低温电子显微镜(cryo-EM)的结构方法,研究人员能够可视化蛋白酶体的内部运作。这种技术可以在中间运动中冻结生物复合物,使科学家能够同时看到许多不同的构象。

“这就像在忙碌的时刻拍摄繁忙的高速公路。动力汽车的发动机将会出现不同的发动机,但通过观察数百万,我们可以弄清楚它们是如何工作的,“Andres Hernandez De la说道。 Pe?a博士,兰德实验室的博士后研究员和论文的第一作者。 “要真正了解电机的工作原理,您需要在电机运行时观察它。其他结构方法要求我们关闭电机或用扳手将其停止。 Cryo-EM使我们能够掌握蛋白酶体的红色 - 当它拉动目标时当蛋白质降解时,活塞会抽水。“

具体而言,研究人员了解了ATP(细胞的燃料来源)如何为蛋白酶体运动提供动力,使其能够通过其中心通路吸收蛋白质。正如针刺缠结的球穿过针眼,蛋白酶体正确定位蛋白质,将它们通过,然后将它们作为单个展开链进入降解室。

由于科学家们对蛋白酶体的作用有了更好的了解,研究神经源性疾病会产生重大影响。

兰德说:“这有助于理解当蛋白酶体遇到非常紧密折叠的蛋白质时会发生什么,例如与阿尔茨海默病相关的淀粉样蛋白。”

“这对癌症治疗也很重要,”埃尔南德斯补充道。一些用于治疗血癌多发性骨髓瘤的药物针对蛋白酶体。 “这些药物的目标是粉碎机器刀片,而不是马达,”他补充说。 “现在我们了解电机,我们可以努力开发更标准化的响应,并针对其他蜂窝机器中的类似电机。”

“多亏了这项研究,我们已经成为更好的机械师,”兰德总结道。 “展望未来,随着年龄的增长,我们将更好地了解蛋白酶体发生了什么,并找到如何使它们高效运行,就像运转良好的机器一样。”

在这项研究中,“底物结合的26S蛋白酶体结构显示由ATP水解驱动的易位机制”由美国国立卫生研究院(授予DP2EB和R01-GM),美国癌症协会(授予 - PF-18-189))资助。 -01-DMC)和霍华德休斯医学研究所。