Nature揭示錯(cuò)誤蛋白形成機(jī)制
日期：2016-03-03 09:08:37
蛋白質(zhì)聚集體被認(rèn)為是導(dǎo)致阿爾茨海默氏癥或亨廷頓氏病神經(jīng)細(xì)胞死亡的一個(gè)原因。來自馬克斯普朗克生物化學(xué)研究所的研究人員在《自然》（Nature）雜志上報(bào)告稱，他們現(xiàn)在破解了聚集體形成的一種細(xì)胞新機(jī)制。
錯(cuò)過蛋白質(zhì)生成的終止信號(hào)會(huì)錯(cuò)誤地導(dǎo)致在蛋白質(zhì)的末端合成賴氨酸長(zhǎng)鏈。這轉(zhuǎn)而阻礙了細(xì)胞的蛋白質(zhì)工廠——核糖體。健康細(xì)胞檢測(cè)到受阻的核糖體會(huì)快速破壞無用的蛋白。如果這一重要的質(zhì)量控制機(jī)器不能正常發(fā)揮功能，缺陷蛋白質(zhì)累積會(huì)形成有毒的聚集體。
為了能夠在未來治療這些神經(jīng)退行性疾病，馬克斯普朗克生物化學(xué)研究所細(xì)胞生物化學(xué)系主任Ulrich Hartl和他的研究小組多年來一直在研究神經(jīng)細(xì)胞死亡的原因。人們認(rèn)為蛋白質(zhì)沉積——錯(cuò)誤折疊蛋白的聚集體是一個(gè)決定性原因。
論文的第一作者Young-Jun Choe解釋說：“我們證實(shí)是蛋白質(zhì)藍(lán)圖缺陷促進(jìn)了聚集體形成，內(nèi)部的質(zhì)量控制機(jī)器無法檢測(cè)到它們。”
在每個(gè)細(xì)胞中，蛋白質(zhì)作為小分子機(jī)器執(zhí)行著重要的功能。Choe 說：“可以將DNA設(shè)想為細(xì)胞核中的一個(gè)巨大的蛋白質(zhì)藍(lán)圖庫(kù)。為了生成蛋白質(zhì)，首先要生成藍(lán)圖的一份拷貝文件mRNA。然后mRNA從細(xì)胞核移至核糖體，構(gòu)建出由氨基酸構(gòu)成的蛋白質(zhì)。
必要的終止信號(hào)
mRNA包含起始信號(hào)，關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息，終止信號(hào)，其末端還有一個(gè)poly(A)尾。如果由于輻射或致突變性物質(zhì)，這一藍(lán)圖受損，可以導(dǎo)致終止信號(hào)喪失。因此，在核糖體生成蛋白質(zhì)后，無法釋放完整的蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)而，poly(A)被解讀成藍(lán)圖，添加上額外的氨基酸。正電荷的賴氨酸鏈因此阻斷了這一蛋白質(zhì)工廠，蛋白質(zhì)合成陷入停頓。
在蛋白質(zhì)制造過程中健康細(xì)胞有一個(gè)非常有效的質(zhì)量控制過程。會(huì)挑選、修復(fù)或快速破壞錯(cuò)誤折疊的無用蛋白。Ltn1p是質(zhì)量控制的一個(gè)重要組件。“如果在病理改變細(xì)胞中Ltn1p不活化，或失去質(zhì)量控制的其他元件，缺陷蛋白質(zhì)會(huì)在細(xì)胞內(nèi)部累積并形成聚集體，”Park說。
利用一種小鼠模型，研究人員現(xiàn)在證實(shí)了質(zhì)量控制發(fā)生故障的致命后果。具有相關(guān)突變的動(dòng)物顯示出一些晚期神經(jīng)退行性疾病癥狀，且移動(dòng)能力受限。
粘性團(tuán)塊
形成的蛋白質(zhì)聚集體具有粘性表面且充當(dāng)了種子。它們最終也會(huì)結(jié)合沒有缺陷，對(duì)細(xì)胞至關(guān)重要的功能性蛋白質(zhì)。由此細(xì)胞失去穩(wěn)定，長(zhǎng)期來看會(huì)受到損傷。有意思地是，根據(jù)Ulrich Hartl所說，就這一點(diǎn)而言細(xì)胞似乎遵循了一種已知的模式。
“huntingtin蛋白會(huì)自發(fā)形成聚集體，是導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病亨廷頓氏病形成的原因。從以往對(duì)huntingtin蛋白的研究中我們已經(jīng)知道，蛋白質(zhì)聚集體還會(huì)結(jié)合沒有缺陷的重要蛋白。”
Ulrich Hartl說：“我們的研究結(jié)果不僅闡明了神經(jīng)推行疾病形成的一個(gè)潛在機(jī)制，還發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)可以形成聚集體并損傷細(xì)胞的一種方式。這證實(shí)了我們的假設(shè)：抑制蛋白質(zhì)聚集是當(dāng)前大量仍無法治愈的神經(jīng)退行性疾病一種有前景的治療方法。”
不久前，Ulrich Hartl還與Mark Hipp一起領(lǐng)導(dǎo)馬克斯普朗克生物化學(xué)研究所的科學(xué)家們，證實(shí)蛋白質(zhì)聚集體的定位強(qiáng)有力地影響了細(xì)胞的存活。盡管細(xì)胞核內(nèi)的蛋白質(zhì)聚集體幾乎不影響細(xì)胞功能，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)相同蛋白質(zhì)聚集體則可干擾細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)間一些重要的運(yùn)輸路徑，由此阻礙了蛋白質(zhì)和RNA進(jìn)出細(xì)胞核。最終這可以導(dǎo)致受累細(xì)胞死亡及疾病發(fā)展。研究結(jié)果發(fā)布Science雜志上。
當(dāng)細(xì)胞暴露于非致命性高溫下時(shí)形成蛋白質(zhì)聚集體似乎是一種有組織的應(yīng)激反應(yīng)的一個(gè)組成部分，而非是在遭到破壞的過程中受損蛋白累積所致。在發(fā)表于2015年9月Cell雜志上的研究論文中，來自芝加哥大學(xué)和哈佛大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)完全可以逆轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)聚集體——在細(xì)胞回到正常溫度之后，聚集的蛋白質(zhì)會(huì)松開，恢復(fù)它們正常的細(xì)胞功能。研究發(fā)現(xiàn)一些蛋白質(zhì)保持完整，甚至在聚集狀態(tài)時(shí)也具有功能。
2015年8月，來自德國(guó)的研究人員成功地解碼了對(duì)于在人類細(xì)胞中分解蛋白質(zhì)聚集體非常關(guān)鍵的基本機(jī)制。他們的體外實(shí)驗(yàn)揭示出了聚集體分解為蛋白質(zhì)分子多階段的生物化學(xué)過程。研究結(jié)果發(fā)布在Nature雜志上。
