在人類(lèi)的胚胎發(fā)育和神經(jīng)系統(tǒng)布線中起重要作用的蛋白質(zhì)似乎是從細(xì)菌中借來(lái)的。在2018年4月19日發(fā)表在Cell上的一項(xiàng)研究中，芝加哥大學(xué)和斯坦福大學(xué)的科學(xué)家首次描述了稱(chēng)為teneurins的三維蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

蛋白質(zhì)在幫助細(xì)胞相互溝通方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。Teneurins位于細(xì)胞表面并與其他細(xì)胞表面的其他蛋白質(zhì)結(jié)合。他們參與了幾個(gè)過(guò)程，包括胚胎發(fā)育，將神經(jīng)細(xì)胞軸突引導(dǎo)到正確的位置以與其他神經(jīng)細(xì)胞建立聯(lián)系，并幫助形成這些連接或突觸。

然而，teneurins的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌毒素的結(jié)構(gòu)最接近，而不是與其他具有相似功能的蛋白質(zhì)相似。這是唯一已知的具有這種結(jié)構(gòu)的人類(lèi)蛋白質(zhì)。

“細(xì)胞表面有許多蛋白質(zhì)對(duì)粘附很重要，它們都具有特征結(jié)構(gòu)。但到目前為止，我們還不知道這些神經(jīng)質(zhì)的含義是什么，”生物化學(xué)和分子生物學(xué)助理教授DemetAraç博士說(shuō)。在UChicago和該研究的資深作者。“沒(méi)有其他真核蛋白與此類(lèi)似，因此它與細(xì)菌毒素的相似性是不尋常的。”

基于其基因序列，研究人員得知，teneurins類(lèi)似于細(xì)菌毒素，細(xì)菌用來(lái)攻擊的毒素分子和宿主細(xì)胞。來(lái)自斯坦福的Araç和Georgios Skiniotis使用高分辨率電子顯微鏡來(lái)定義人類(lèi)版本的teneurin蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)他們將其與其他蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的參考數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較時(shí)，它最類(lèi)似于具有桶形和螺旋槳狀突起的細(xì)菌毒素。

這種毒素可能在進(jìn)化史的早期就被納入多細(xì)胞生物體。Choanoflagellates是最早被認(rèn)為演變成多細(xì)胞真核生物的單細(xì)胞生物之一，具有類(lèi)似teneurin的蛋白質(zhì)。細(xì)菌很可能將它們的一些基因轉(zhuǎn)移到早期的鞭毛蟲(chóng)中，后者選擇它們作為自己的基因組。隨著這些簡(jiǎn)單的生物進(jìn)化成更復(fù)雜的物種，從那以后，原始的毒素樣蛋白質(zhì)一直被保存。

一旦結(jié)構(gòu)得到解決，Araç和她的同事們也想了解teneurin在發(fā)育過(guò)程中和神經(jīng)系統(tǒng)中如何發(fā)揮如此多的不同功能。他們懷疑它可能與它與毒素的相似性有關(guān) - 也許它借用了細(xì)菌用于感染細(xì)胞的一些相同工具，并將它們用于附著并與其他細(xì)胞通信。

稱(chēng)為選擇性剪接的遺傳過(guò)程也可以幫助teneurins執(zhí)行各種任務(wù)。可變剪接或差異剪接是導(dǎo)致編碼多種蛋白質(zhì)的單個(gè)基因的過(guò)程。在此過(guò)程中，可以在由該基因產(chǎn)生的最終信使RNA(mRNA)中包括或排除稱(chēng)為外顯子的基因的小片段。這些不同的mRNA反過(guò)來(lái)轉(zhuǎn)化為可以執(zhí)行各種功能的蛋白質(zhì)的替代版本。

Araç和斯坦福大學(xué)的另一位合作者ThomasSüdhof創(chuàng)造了兩種不同的，拼接的拼接技術(shù)并測(cè)試了它們的功能。只是微小的差異--2,500種氨基酸中的7種 - 產(chǎn)生了不同。缺乏七種特定氨基酸的一種版本的teneurin可以粘附細(xì)胞受體，這對(duì)細(xì)胞之間的信號(hào)傳導(dǎo)很重要。含有這七種氨基酸的另一種版本的teneurin不能粘附這種受體。相反，它促進(jìn)了神經(jīng)細(xì)胞之間突觸的形成。

“通常有不同的蛋白質(zhì)在神經(jīng)系統(tǒng)中做不同的事情。一個(gè)是軸突尋路，另一個(gè)是突觸形成，另一個(gè)是腦發(fā)育等，”Araç說(shuō)。“這是teneurins如何通過(guò)使用不同的，拼接的異構(gòu)體來(lái)完成許多不同的事情的一種解釋。”

現(xiàn)在，teneurins的結(jié)構(gòu)很清楚，Araç說(shuō)，她和她的博士后學(xué)者，該研究的主要作者之一Jingxian Li博士希望繼續(xù)研究這些蛋白質(zhì)如何發(fā)揮它們的許多不同作用。

“我們的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)中的細(xì)菌含有這些分子，這仍然是非常令人驚訝的，但我們?nèi)匀徊恢浪麄冊(cè)谧鍪裁矗?rdquo;她說(shuō)。“所有這些蟲(chóng)都會(huì)侵入人類(lèi)。我們不僅僅是人類(lèi)。”