利用信息學工具識別蛋白質(zhì)翻譯后修飾(PTM)活動的“熱點”，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種先前未知的機制，它將制動器置于涉及大多數(shù)生物體中發(fā)現(xiàn)的G蛋白的重要細胞信號傳導過程中。

這種被稱為“尾巴”的機制是一種小蛋白質(zhì)的一部分，這種蛋白質(zhì)主要是因為它將較大的結(jié)構(gòu)連接到細胞膜上。當研究人員使尾部失活時，之前需要30分鐘發(fā)生的信號反應幾乎立即發(fā)生 - 強度是正常情況的四倍。

該研究發(fā)生在酵母中，但如果在人類G蛋白中發(fā)生類似的過程，該發(fā)現(xiàn)可以為控制重要的細胞過程提供新的藥物靶標 - 并且可能提供一類新的生物傳感器，能夠更靈敏地檢測和響應某些化學物質(zhì)代理商。該研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院國家普通醫(yī)學研究所(NIGMS)的支持，于5月1日在Cell Reports上發(fā)表。

佐治亞理工學院生物科學學院副教授馬修托雷斯說：“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種機制，可以調(diào)節(jié)通路受外界刺激的速度。”“通過遺傳改變這個過程背后的控制機制，我們能夠調(diào)節(jié)來自細胞外部的信號有多少進入細胞內(nèi)以及它通過的速度。這更令人驚訝，因為這種機制一直隱藏在視線中幾十年。“

G蛋白，也稱為鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白，是作為細胞內(nèi)分子開關起作用的分子家族。它們將從各種細胞外刺激獲得的信號傳遞到細胞內(nèi)部 - 通過膜，否則將不允許通信。

托雷斯和博士候選人Shilpa Choudhury發(fā)現(xiàn)的尾巴可能沒有受到關注，因為它靈活地附著在一個名為G beta / gamma的緊密合作的蛋白質(zhì)團隊的G蛋白γ亞基上。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)通常通過X射線晶體學技術(shù)鑒定，該技術(shù)不能解析運動中的結(jié)構(gòu)。

在他們的工作之前，Gγ亞基主要被認為是將較大的Gβ亞基連接到細胞膜的蛋白質(zhì)。沒有SAPH-ire的工作 - 一個使用機器學習映射PTM活動的信息學程序 - 尾部結(jié)構(gòu)的作用可能尚未確定。

“多年來，人們一直關注G beta / gamma作為一個完整的單元，而不是單獨的組件，”該論文的第一作者Choudhury說。“與較大的Gβ亞基相比，γ是一種微小的蛋白質(zhì)，但我們現(xiàn)在知道它在信號系統(tǒng)的活動中起著重要作用。”

在酵母中，Gβ/γ亞基激活響應信息素的信號傳導途徑，該過程通常在細胞膜上刺激信息素受體后約30分鐘。Torres和Choudhury懷疑蛋白質(zhì)修飾PTM以某種方式導致延遲。他們的計算機程序SAPH-ire--在Torres實驗室開發(fā)并于2015年宣布 - 直指G gamma亞單位。

該程序分析現(xiàn)有的蛋白質(zhì)序列和PTM活動的元數(shù)據(jù)庫，揭示蛋白質(zhì)改變的“熱點”。SAPH-ire旨在加速尋找蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要調(diào)控目標，并更好地了解蛋白質(zhì)如何在細胞內(nèi)相互通信。

從使用質(zhì)譜法的全球PTM數(shù)據(jù)庫中抽取來鑒定化學改變的序列，SAPH指向Gγ蛋白上的特定位置。使用基因突變技術(shù)，Choudhury修飾了蛋白質(zhì)的一部分，使尾部結(jié)構(gòu)失活。

但是，僅僅從過程中移除尾部是不夠的。為了激活信號傳導過程，尾部的結(jié)構(gòu)必須與單獨的效應蛋白相互作用。當兩者都被滅活時，研究人員看到受體受到刺激時會產(chǎn)生巨大影響。

托雷斯說：“你可以把信號通路想象成一個沿著山坡行駛的車輪，自行車制動器的兩個墊子正在抓住車輪以減速它。”“激活信息素受體就像將車輪從山上釋放一樣。當兩個制動器都處于活動狀態(tài)時，車輪移動速度非常慢，因為兩個制動器一起工作以減慢其速度和動量。這就是通路如何正常運行受體刺激后立即細胞。“

“如果你帶走其中一個制動器，你會得到部分制動，并且車輪可以稍微移動得更快，但仍然可以盡可能快地限制移動。這就是前20分鐘內(nèi)通路在正常細胞中的表現(xiàn)但是如果你消除了這兩種制動，那么將它們放下山坡會導致非常高的速度和動量 - 有點像沒有調(diào)速器的高爾夫球車。“

這正是Choudhury在G gamma和效應蛋白上阻止PTM時發(fā)生的情況。“當我們這樣做時，我們看到信號通路的快速激活發(fā)生的速度提高了6倍，并且比通常情況下通路制動完好的情況強4倍。”

除了確定該途徑的控制機制外，研究人員還了解了它如何控制酵母以類似“開關”的方式響應信息素的能力，這種方式可以打開或關閉，而模擬方式類似于音量旋鈕。立體聲。

雖然托雷斯和喬杜里在酵母中發(fā)現(xiàn)了它們的發(fā)現(xiàn)，但他們相信它會產(chǎn)生廣泛的影響，因為所有含有G蛋白的生物，包括人類，都有G伽尾，其中充滿了PTM。接下來的步驟將是觀察人體細胞中Gγ亞基和Gβ/γ效應子是否表現(xiàn)出相同類型的制動系統(tǒng)。如果是這樣，那么可以提供可以識別潛在新藥物目標的見解。

“尾部存在，在控制與Gβ/γ效應物相互作用的過程中非常重要，這對于打開信號通路至關重要，”托雷斯說。“我們懷疑G gamma作為調(diào)節(jié)因子G蛋白信號傳導的重要性將超越任何一種生物體。”