就像郵遞員能夠在雨雪、炎熱和黑暗中投遞包裹一樣，一組關(guān)鍵的哺乳動(dòng)物蛋白質(zhì)即使在不太理想的條件下也能幫助細(xì)胞正常工作。
利用最先進(jìn)的細(xì)胞成像和基因組編輯技術(shù)，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的科學(xué)家們已經(jīng)開始揭示這些蛋白質(zhì)是如何發(fā)揮其基本功能的。這一發(fā)現(xiàn)最終可以幫助研究人員更好地理解和開發(fā)新的治療方法，治療癌癥、糖尿病和導(dǎo)致免疫功能障礙的疾病。
由生物分子化學(xué)系教授Anjon Audhya領(lǐng)導(dǎo)的研究小組試圖更好地了解外殼蛋白復(fù)合物II (COPII)的功能。COPII是一組極其重要的蛋白質(zhì)，負(fù)責(zé)運(yùn)輸哺乳動(dòng)物細(xì)胞中大約三分之一的功能蛋白質(zhì)。
COPII是2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的一個(gè)主題，該獎(jiǎng)項(xiàng)授予了三位科學(xué)家，以表彰他們?cè)诙x蛋白質(zhì)如何在細(xì)胞周圍分類和運(yùn)輸方面的工作。這項(xiàng)新研究建立在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上。
哺乳動(dòng)物細(xì)胞中有數(shù)百萬種蛋白質(zhì)，它們執(zhí)行各種各樣的任務(wù)。細(xì)胞必須確保蛋白質(zhì)有效地移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢?，這樣它們才能發(fā)揮細(xì)胞的作用——這是一項(xiàng)需要精確的復(fù)雜任務(wù)。先前的研究發(fā)現(xiàn)COPII是這一過程的重要組成部分，但沒有人確切地記錄下這組蛋白質(zhì)是如何在細(xì)胞周圍包裝和運(yùn)輸其他蛋白質(zhì)的。
為此，Audhya和他的同事們使用CRISPR/Cas9基因組編輯工具向參與控制細(xì)胞內(nèi)交通流的單個(gè)蛋白質(zhì)(包括組成COPII復(fù)合體的一些蛋白質(zhì))添加了一個(gè)標(biāo)簽，該標(biāo)簽可以與明亮的熒光染料化學(xué)連接。有了這個(gè)標(biāo)簽，科學(xué)家們就可以在蛋白質(zhì)在活細(xì)胞中移動(dòng)時(shí)跟蹤它們。
使用一種叫做點(diǎn)陣光片成像的技術(shù)，研究小組追蹤了COPII如何幫助獲得細(xì)胞蛋白質(zhì)，包括注定要到達(dá)其他地方的分子，這是以前從未做過的事情。
該團(tuán)隊(duì)在最近發(fā)表在《Nature Communications》雜志上的一篇論文中描述了他們的進(jìn)展。Audhya用郵政系統(tǒng)來描述它。研究人員知道，COPII的功能就像撿起和遞送包裹的郵政工人，但他們從未跟蹤過這些工人，因?yàn)樗麄兺ㄟ^細(xì)胞的分發(fā)和遞送系統(tǒng)對(duì)包裹進(jìn)行分類。
“我們現(xiàn)在可以看到郵箱里的信封，看到郵遞員是如何來到郵箱里取信然后開車離開的，”Audhya說，他是醫(yī)學(xué)和公共衛(wèi)生學(xué)院負(fù)責(zé)基礎(chǔ)研究、生物技術(shù)和研究生學(xué)習(xí)的高級(jí)副院長。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在正常情況下，這種傳遞過程平均需要45到60秒。然而，由于某些疾病和環(huán)境條件，當(dāng)細(xì)胞接受的營養(yǎng)不足時(shí)，這一過程就會(huì)顯著減緩，至少直到細(xì)胞能夠隨著時(shí)間的推移適應(yīng)。
通過一系列的實(shí)驗(yàn)，Audhya和他的同事們能夠識(shí)別出一種名為Sec23的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)能夠幫助恢復(fù)被破壞后的COPII運(yùn)輸系統(tǒng)。當(dāng)科學(xué)家們?cè)黾蛹?xì)胞內(nèi)Sec23的產(chǎn)量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的速度發(fā)生了變化，“這是我們開始這項(xiàng)工作時(shí)從未預(yù)料到的，”Audhya說。“Sec23似乎是調(diào)節(jié)COPII復(fù)合體功能的核心角色。”
確定觸發(fā)Sec23促進(jìn)COPII功能的因素對(duì)許多疾病具有潛在意義。例如，癌細(xì)胞經(jīng)常在營養(yǎng)匱乏的環(huán)境中驚人地生長，部分原因是產(chǎn)生了更多促進(jìn)生長的某些蛋白質(zhì)。了解這種特性背后的分子機(jī)制可以確定新的治療靶點(diǎn)。
除此之外，更精確地了解細(xì)胞正確制備和傳遞蛋白質(zhì)的過程，可以幫助我們了解細(xì)胞正常功能的基本知識(shí)，以及癌癥、2型糖尿病、神經(jīng)退行性疾病和免疫紊亂等疾病中可能出現(xiàn)的問題。
“了解細(xì)胞中存在的這些基本過程和調(diào)控系統(tǒng)最終可以為開發(fā)更合理的疾病干預(yù)方法鋪平道路，”Audhya說。
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-1） | 
