Cell子刊解開長期的生物學(xué)奧秘
日期：2016-07-11 09:16:49
中間絲蛋白（IFs）存在于人體的每個細(xì)胞中，提供結(jié)構(gòu)支持并防止起泡、白內(nèi)障和老年癡呆癥等疾病。然而，在昆蟲中，IFs卻不知所蹤。科學(xué)家認(rèn)為，在昆蟲中，另一種蛋白接管了關(guān)鍵的IF功能，但到底是什么樣的蛋白、從哪里開始尋找，一直是一個謎。
最近，加州大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSB）生物學(xué)家Denise Montell和她研究小組開展的一項新研究，可能已經(jīng)解決了這個難題。他們在果蠅中發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)，展現(xiàn)出IF樣的特性。一種不尋常形式的原肌球蛋白，存在于它們研究的每一個細(xì)胞類型中。他們的這一研究結(jié)果發(fā)表在《Cell Reports》雜志上。
UCSB分子、細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)系的Montell教授指出：“信不信由你，果蠅和人類有很多共同的蛋白質(zhì)，包括傳統(tǒng)的原肌球蛋白。”她解釋說：“進化從原肌球蛋白開始，并將其演變?yōu)橐环N全新的蛋白質(zhì)，具有不同特性。像IFs——但不同于正常的原肌球蛋白，這種新的蛋白質(zhì)使細(xì)絲蛋白有著中間的大小。這意味著，它們比F肌動蛋白微絲大，比微管小，這兩種都是細(xì)胞中另外兩種重要的結(jié)構(gòu)細(xì)絲蛋白。”這種新型的成絲蛋白可以替代果蠅中的一些中間纖絲。
正常的原肌球蛋白，從一端到另一端形成一種繩狀結(jié)構(gòu)——所謂的卷曲螺旋。這種極瘦的原肌球蛋白繩通常圍繞著纖維狀肌動蛋白絲卷繞。卷繞只在一個小區(qū)域，這個新發(fā)現(xiàn)的蛋白版本看起來不像一個正常的原肌球蛋白。
Montell說：“我們知道它不是，但我們想知道它是什么。”她的研究團隊在果蠅中研究了生物學(xué)許多不同的方面，包括干細(xì)胞如何被維持、細(xì)胞如何從一地方移動到另一個地方。“被添加到末端的片段提醒我們什么是IF蛋白，所以我們決定開始檢測它是否就是果蠅中長期尋找的中間絲狀體替代蛋白。”
為了更好地理解這種獨特分子的功能，研究人員檢查了該蛋白兩端的展開區(qū)域。一個計算機程序預(yù)測，這些區(qū)域本質(zhì)上是無序的低復(fù)雜度結(jié)構(gòu)域，從而意味著它們?nèi)狈σ粋€穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
Montell解釋說：“雖然這個結(jié)構(gòu)——在兩端具有本質(zhì)上無序的結(jié)構(gòu)域的卷曲螺旋，通常類似于IF蛋白，但這種新的原肌球蛋白在細(xì)節(jié)上不同于IFs。不過，我們想知道，這種非典型性蛋白是否可能有制造長絲的能力，或是否有能力執(zhí)行IF樣的功能。”
德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的一位同事Masato Kato，在試管中產(chǎn)生了這種蛋白質(zhì)。然后，他改變了像pH和鹽濃度這樣的條件，作用于不同類型的IF蛋白質(zhì)。他發(fā)現(xiàn)在某種條件下，來自果蠅的典型原肌球蛋白形成了13 - 16納米寬的絲，此前從未被描述過。
Montell說：“我們發(fā)現(xiàn)，這個蛋白質(zhì)和IF蛋白，盡管序列上有所不同，但是它們的生化行為存在各種各樣的相似性。因為我們的蛋白質(zhì)似乎與IFs蛋白有一些共同的性質(zhì)，因此它可能回答長期存在的關(guān)于‘果蠅如果沒有IF蛋白，將如何生存’的問題。但就像任何一個令人興奮的發(fā)現(xiàn)一樣，它也提出了更多的問題。”
