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美国著名院士Nature解析蛋白转运

来源:生物通
摘要:细胞中的每一个蛋白就像是城市公交系统中的乘客,有一个特定的目的地和功能。细胞膜上的通道能帮助指导这些蛋白到达它们的目的地。近期来自哈佛大学,波士顿大学医学院(BUSM)等处的研究人员捕获到了这些通道在开放状态下,蛋白通过膜的过程,这一研究成果公布在10月24日的Nature杂志上。其中Rapoport教授是细胞与结构生......

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细胞中的每一个蛋白就像是城市公交系统中的乘客,有一个特定的目的地和功能。细胞膜上的通道能帮助指导这些蛋白到达它们的目的地。近期来自哈佛大学,波士顿大学医学院(BUSM)等处的研究人员捕获到了这些通道在开放状态下,蛋白通过膜的过程,这一研究成果公布在10月24日的Nature杂志上。

 

文章的通讯作者为哈佛大学的Tom A. Rapoport教授,以及波士顿大学医学院生理学和生物物理学教授Christopher W. Akey。其中Rapoport教授是细胞与结构生物学领域中执牛耳的重量级学者,其学术成就备受肯定,获颁美国艺术与科学院院士及美国国家科学院院士等荣誉,具有极高之国际学术声望。Rapoport博士专攻蛋白在内质网间进出的转运过程,以及内质网在形态学上的形塑与维持,持续不断地在Nature、Science与Cell等顶尖国际期刊发表了许多重要的研究成果。  

由基因编码的蛋白质是执行特定功能的大分子,也是机体功能的实现者。许多蛋白​​,如激素和生长因子是通过细胞分泌并移动到血液系统中的,这些蛋白由核糖体加工,后者能与一种称为Sec61/SecY的通道家族相互作用(Sec61/SecY为穿膜提供了路径)。最开始,这些新生的蛋白在制造出来后就被插入到通道中,通道也会帮助新生蛋白进入细胞膜,它们可以作为药物的受体,并且形成离子通道,用于视觉和传送神经细胞信号。

 

在这项研究中,研究人员利用大肠杆菌样品,确定了高度保守的SecY 通道的结构。并且通过电子显微镜和计算机分析,研究人员还捕捉到了一个新生蛋白进入膜孔的SecY 通道图像。由此研究人员发现通道发生了大幅度移动放大了膜孔,允许新生蛋白穿过细胞膜,并最终到达了目的地

 

“这就类似于火车车厢通过隧道,SecY/Sec61通道能帮助新生蛋白穿过细胞膜,到达机体中的靶位置。这项研究为了解这些通道的功能提供了重要信息。” AKEY说。

 

Rapoport教授研究组的另外一个研究方向谁就是ERAD机制,即透过凝集素(the lectins)或内质网的伴侣蛋白(chaperones)来辨认错误折叠蛋白中的次结构。

 

例如蛋白暴露出的疏水性区域、损坏的半胱氨酸(cysteine residues)或不成熟的基团修饰等,进而辨识出错误折叠的ERAD,并利用各具特异性的泛素-连接酶复合体系统(ubiquitin ligase),将错误折叠蛋白经由泛素化(ubiquitination)标记后,使用ATP水解酶复合物(哺乳动物细胞中的Valosine-containing protein;VCP,亦称为p97)将蛋白质由内质网拉出。

 

p97利用水解ATP产生之热能,提供运输机制中所需的能量,将ERAD自内质网运送至细胞质。由于蛋白酶体系统(proteasome system)位于细胞质内,因此错误折叠蛋白必须由内质网系统运输回细胞质中,被泛素化后的ERAD再由细胞质的蛋白酶体(proteasome)辨识并将之降解。

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