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生物學家展示了細胞“承擔者”的內在運作

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-20瀏覽次數:1383

細胞最重要的職責之一是分解和回收不再需要或損害細胞的蛋白質。該任務由稱為蛋白酶體的細胞納米機器執行。

來自斯克里普斯研究的科學家已經破譯了蛋白酶體如何將能量轉化為機械運動,解開和展開蛋白質以進行破壞。發表在“科學”雜志上的研究結果幫助我們了解蛋白酶體如何預防帕金森病和阿爾茨海默病等疾病。

Scripps Research加州校區副教授Gabriel Lander博士說:“蛋白酶體就像蛋白質細胞載體,不再需要蛋白質或對細胞健康構成威脅。” “隨著年齡的增長,我們的蛋白酶體效率降低,導致各種疾病。”

Lander的實驗室專注于可視化蛋白酶體的內部運作五年多。這項工作大部分是與加州大學伯克利分校的Andreas Martin合作完成的,他是該研究的合著者。

蛋白酶體不容易揭示其秘密,并且一直是一個具有挑戰性的生物學目標。雖然它是細胞中最大的機器之一,但蛋白酶體仍然非常小。 “想象一下,仰望月球并試圖閱讀其表面上的跡象 - 這就是我們正在努力的規模,”蘭德說。更復雜的是,蛋白酶體的結構非常復雜,由馬達和許多活動部件組成。

由于稱為低溫電子顯微鏡(cryo-EM)的結構方法,研究人員能夠可視化蛋白酶體的內部運作。這種技術可以在中間運動中凍結生物復合物,使科學家能夠同時看到許多不同的構象。

“這就像在忙碌的時刻拍攝繁忙的高速公路。動力汽車的發動機將會出現不同的發動機,但通過觀察數百萬,我們可以弄清楚它們是如何工作的,“Andres Hernandez De la說道。 Pe?a博士,蘭德實驗室的博士后研究員和論文的第一作者。 “要真正了解電機的工作原理,您需要在電機運行時觀察它。其他結構方法要求我們關閉電機或用扳手將其停止。 Cryo-EM使我們能夠掌握蛋白酶體的紅色 - 當它拉動目標時當蛋白質降解時,活塞會抽水。“

具體而言,研究人員了解了ATP(細胞的燃料來源)如何為蛋白酶體運動提供動力,使其能夠通過其中心通路吸收蛋白質。正如針刺纏結的球穿過針眼,蛋白酶體正確定位蛋白質,將它們通過,然后將它們作為單個展開鏈進入降解室。

由于科學家們對蛋白酶體的作用有了更好的了解,研究神經源性疾病會產生重大影響。

蘭德說:“這有助于理解當蛋白酶體遇到非常緊密折疊的蛋白質時會發生什么,例如與阿爾茨海默病相關的淀粉樣蛋白。”

“這對癌癥治療也很重要,”埃爾南德斯補充道。一些用于治療血癌多發性骨髓瘤的藥物針對蛋白酶體。 “這些藥物的目標是粉碎機器刀片,而不是馬達,”他補充說。 “現在我們了解電機,我們可以努力開發更標準化的響應,并針對其他蜂窩機器中的類似電機。”

“多虧了這項研究,我們已經成為更好的機械師,”蘭德總結道。 “展望未來,隨著年齡的增長,我們將更好地了解蛋白酶體發生了什么,并找到如何使它們高效運行,就像運轉良好的機器一樣。”

在這項研究中,“底物結合的26S蛋白酶體結構顯示由ATP水解驅動的易位機制”由美國國立衛生研究院(授予DP2EB和R01-GM),美國癌癥協會(授予 - PF-18-189))資助。 -01-DMC)和霍華德休斯醫學研究所。

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