在一項(xiàng)驚人的發(fā)現(xiàn)中，來自康斯坦茨大學(xué)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的分子生物學(xué)家已經(jīng)證明，新生多肽相關(guān)復(fù)合物(NAC)在核糖體隧道內(nèi)出生時(shí)能夠感知新合成的蛋白質(zhì)。

由康斯坦茨大學(xué)合作研究中心969“細(xì)胞蛋白質(zhì)抑制的化學(xué)和生物學(xué)原理”的研究人員于2019年7月31日在Molecular Cell上發(fā)表的新研究表明，新生多肽相關(guān)復(fù)合物(NAC)是一種主要的蛋白質(zhì)識(shí)別，可能，在單元內(nèi)分類設(shè)備。

與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院核糖體結(jié)構(gòu)解析專家Nenad Ban教授密切合作，由康斯坦茨大學(xué)生物系的Elke Deuerling教授和Martin Gamerdinger博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì) - 包括同事Annalena Wallisch，Stefan Kreft博士， Nadine Sachs和RenateSchlömer以及初級(jí)教授Florian Stengel和博士研究員Carolin Sailer發(fā)現(xiàn)，NAC將其β-亞基(N-βNAC)的N-末端結(jié)構(gòu)域深入到核糖體隧道中，以便在合成時(shí)直接感知底物。護(hù)送生長(zhǎng)的多肽到胞質(zhì)溶膠中。

“我們所知道的其他因素都沒有，這就是為什么我們對(duì)我們的研究結(jié)果如此驚訝。盡管NAC在25年前被發(fā)現(xiàn)，但我們現(xiàn)在才開始明白它對(duì)于正常細(xì)胞功能的重要性。我們的研究研究的第一作者，該大學(xué)分子微生物學(xué)教授Elke Deuerling教授表示，除了在核糖體內(nèi)外作為分子伴侶，NAC還能夠識(shí)別核糖體隧道內(nèi)部的新生多肽鏈?？邓固勾?。“我們已經(jīng)知道NAC可以與翻譯核糖體進(jìn)行短暫的相互作用。但我們并不了解NAC究竟是如何與核糖體和新生基質(zhì)相互作用來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)折疊的。 并轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)，這對(duì)于生物體活力至關(guān)重要。“

研究人員在秀麗隱桿線蟲模型系統(tǒng)中進(jìn)行了生化，遺傳和結(jié)構(gòu)分析更準(zhǔn)確地了解NAC如何鑒定和分類核糖體隧道內(nèi)的新生多肽鏈。“直到最近，我們才認(rèn)為核糖體相關(guān)因子如分子伴侶，酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白之間最早的相互作用點(diǎn)就是當(dāng)新生多肽鏈離開核糖體隧道時(shí)，”Martin Gamerdinger博士解釋說，該研究的第一作者Kan Kobayashi，前蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，現(xiàn)任東京大學(xué)助理教授。“通常，在這一點(diǎn)上，這些鏈的長(zhǎng)度大約為40個(gè)氨基酸。我們發(fā)現(xiàn)NAC與短至10個(gè)氨基酸或甚至更短的新生鏈結(jié)合，并且它在隧道內(nèi)進(jìn)行。 NAC是接觸新合成蛋白質(zhì)的第一個(gè)因素。

研究人員已經(jīng)能夠使用低溫電子顯微鏡，質(zhì)譜和生化分析的組合，包括一系列特定位點(diǎn)的交聯(lián)實(shí)驗(yàn)，NAC插入其β-亞基的帶正電和高度靈活的N-末端結(jié)構(gòu)域。 (N-βNAC)進(jìn)入核糖體隧道，其中大部分是帶負(fù)電荷的核糖體RNA。“我們的研究表明，NAC能夠感知隧道內(nèi)的翻譯活動(dòng)，更重要的是，它能夠感知正在合成的蛋白質(zhì)的特征。至少這是我們目前的假設(shè)，”Deuerling說。

一旦它們離開核糖體隧道，新生的蛋白質(zhì)鏈可以繼續(xù)沿著一系列不同的生物發(fā)生途徑：一些被傳遞到其他因素，護(hù)送這些鏈到它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)其他地方的預(yù)定目的地。一些被酶修飾，另一些需要伴侶支持以獲得其天然結(jié)構(gòu)折疊。正如Martin Gamerdinger評(píng)論的那樣：“如果我們假設(shè)NAC的早期傳感機(jī)制是正確的，那么這個(gè)復(fù)合物就是我們所知道的最重要的蛋白質(zhì)分選機(jī)制。它將解釋細(xì)胞如何管理復(fù)雜的過程和反應(yīng)。一旦它們離開核糖體隧道，就會(huì)與新生多肽鏈一起發(fā)生。“ 因此，

“我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)NAC充當(dāng)分子過濾器，阻止早期翻譯階段的無活性核糖體或核糖體與ER的易位子相互作用，即與將靶向信號(hào)序列的新生多肽轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的復(fù)合物。一方面，不受管制的核糖體 - 轉(zhuǎn)位子相互作用可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，另一方面導(dǎo)致蛋白質(zhì)因子的消耗，而另一方面其他地方需要蛋白質(zhì)因子的消耗，“Deuerling說。“因此，NAC負(fù)責(zé)使蛋白質(zhì)生物合成中涉及的各個(gè)步驟更加高效和具體。”

雖然N-βNAC結(jié)構(gòu)域似乎負(fù)責(zé)感知并且可能用于分選新生多肽鏈，但另一個(gè)NAC結(jié)構(gòu)域N-αNAC與β-結(jié)構(gòu)域相互作用并與其自身相互作用以調(diào)節(jié)核糖體上的NAC活性。“這也是我們以前不知道的事情，”Martin Gamerdinger解釋道。“如果沒有N-αNAC，NAC會(huì)與核糖體過強(qiáng)結(jié)合，干擾那里發(fā)生的必需蛋白質(zhì)翻譯過程。我們還沒有明白NAC的這種自動(dòng)抑制功能是如何起作用的，但看起來很清楚的是N αNAC下調(diào)核糖體結(jié)合。“ 正如C. elegans的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)清楚地顯示，蛋白質(zhì)合成率和翻譯受損，清楚地顯示由NAC-核糖體錯(cuò)誤調(diào)節(jié)引起的缺陷。