每個(gè)人都寧愿做飯也不愿拿出垃圾。也許這就是生物化學(xué)家在70年前了解細(xì)胞是如何制造蛋白質(zhì)的原因，但現(xiàn)在才開(kāi)始學(xué)習(xí)它們?nèi)绾稳コ辉傩枰虿辉儆行У牡鞍踪|(zhì)。圣路易斯華盛頓大學(xué)的George和Charmaine Mallinckrodt教授Richard Vierstra說(shuō)，細(xì)胞有兩種細(xì)胞處理系統(tǒng)。一個(gè)(蛋白酶體或蛋白質(zhì)食物體)更像是垃圾處理，而另一個(gè)(自噬體，或自食體)處理更大的混亂，更像是垃圾桶的垃圾箱。

蛋白酶體通常具有選擇性，而自噬通常被認(rèn)為是不加選擇的。但是Vierstra和他的同事，圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究科學(xué)家理查德馬歇爾博士已經(jīng)證明，在細(xì)胞饑餓以外的條件下自噬也受到嚴(yán)格監(jiān)管。

2015年，他們發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽和橋接受體的集合控制了模式植物擬南芥中的bin襯里。馬歇爾然后決定“進(jìn)入酵母”，看看自噬途徑是否在植物界外保守。

在2016年7月29日的Cell Reports上，他們報(bào)道了酵母和人類可能存在相同的途徑，盡管每個(gè)生物體中的橋接受體不同。

重要的是，該途徑涉及多種神經(jīng)病理學(xué)，例如亨廷頓舞蹈病，阿爾茨海默氏病，帕金森病和ALS。在這些疾病中的每一種中，細(xì)胞將破碎的蛋白質(zhì)隔離成聚集體，然后它們不能清除，從而損害細(xì)胞。

在做這項(xiàng)工作時(shí)，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的分析方法，使他們能夠快速剖析自噬途徑并確定其監(jiān)管成分。他們認(rèn)為，這種檢測(cè)方法可以提供一種方法，可以更多地了解易聚集病理學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題。

智能垃圾處理

Vierstra說(shuō)，成千上萬(wàn)的酶在細(xì)胞內(nèi)漫游，尋找不需要的或破碎的蛋白質(zhì)。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)時(shí)，他們用一種叫做泛素的標(biāo)記蛋白標(biāo)記它。然后將帶有遍在蛋白鏈的蛋白質(zhì)遞送至細(xì)胞中30,000個(gè)蛋白酶體之一。

如果遍在蛋白鏈與蛋白酶體頂部的受體對(duì)接，則蛋白質(zhì)展開(kāi)，并穿過(guò)蛋白酶體的孔，就像一串意大利面條。然后桶內(nèi)的活性蛋白酶將長(zhǎng)蛋白鏈切成較小的片段，可以重復(fù)使用。

智能垃圾桶

Vierstra說(shuō)，細(xì)胞需要第二個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)樵S多蛋白質(zhì)都是非常大的復(fù)合物。當(dāng)?shù)鞍酌阁w有這么小的孔時(shí)，你如何擺脫大的東西?他問(wèn)。

這就是自噬接管的地方。在這個(gè)過(guò)程中，細(xì)胞組裝一個(gè)雙壁杯狀囊泡，包裹著“垃圾”，關(guān)閉形成一個(gè)囊，然后與酶囊(液泡或溶酶體)融合，然后與垃圾一起分解垃圾。囊。

科學(xué)家通過(guò)蓄意中毒蛋白酶體并觀察它們是如何被丟棄來(lái)測(cè)試自噬。但是細(xì)胞也使用自噬除去蛋白酶體以外的大蛋白質(zhì)復(fù)合物，整個(gè)細(xì)胞器，如線粒體甚至病原體，如細(xì)菌。

2015年Marshall和Vierstra表明，如果他們殺死擬南芥細(xì)胞中的蛋白酶體，蛋白質(zhì)體很快被泛素鏈修飾，然后通過(guò)橋接受體靶向自噬，所述橋接受體結(jié)合遍在蛋白鏈和表達(dá)自噬膜的表面蛋白，因此束縛蛋白酶體到膜上。

在擬南芥中，這種束縛蛋白稱為RPN10。酵母只有截短形式的RPN10，所以馬歇爾很想知道這種途徑是否也存在于酵母中。他發(fā)現(xiàn)它確實(shí)存在，盡管束縛蛋白質(zhì)是一種叫做Cue5的不同蛋白質(zhì)。

與人類疾病的聯(lián)系

在亨廷頓氏病中損害腦細(xì)胞的異常蛋白質(zhì)也具有稱為CUE結(jié)構(gòu)域的遍在蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域。

警告連接，馬歇爾決定在殺死蛋白酶體之后但在它們被傾倒之前跟蹤蛋白酶體。當(dāng)他這樣做時(shí)，他發(fā)現(xiàn)他們首先聚集在一起。

Vierstra說(shuō)，細(xì)胞將發(fā)生故障的蛋白質(zhì)分為兩個(gè)不同的聚集點(diǎn)或蛋白質(zhì)墳場(chǎng)，稱為JUNQ和IPOD。JUNQ中蛋白質(zhì)的隔離是可逆的，但I(xiàn)POD蛋白質(zhì)從未被拯救。

通過(guò)分子'伴侶蛋白'將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)向一個(gè)或另一個(gè)聚集點(diǎn)。“我們從文獻(xiàn)中了解到IPOD聚集的形成需要一種叫做Hsp42的分子伴侶。事實(shí)證明，蛋白酶體聚集也需要Hsp42，”Vierstra說(shuō)。

“Hsp42不知何故感覺(jué)蛋白酶體已經(jīng)'死了'，并且有助于將它分解成聚集體，其中一種酶用遍在蛋白覆蓋它。然后泛素被Cue5受體識(shí)別，它將它連接到自噬膜上，”他說(shuō)。

科學(xué)家表示，Cue5和Hsp42共同為酵母(以及可能的動(dòng)物)提供了一種重要的監(jiān)測(cè)機(jī)制，這對(duì)于維持健康的活性蛋白酶體庫(kù)至關(guān)重要。

熒光綠

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，研究的價(jià)值可能不在于Cue5受體和Hsp42伴侶蛋白的發(fā)現(xiàn)，而在于可以用來(lái)了解聚集傾向性疾病中自噬的問(wèn)題。

“這些病癥難以研究，因?yàn)樗鼈冸y以以可重復(fù)的方式觸發(fā)，”Vierstra說(shuō)。“但事實(shí)證明，我們可以通過(guò)添加殺死蛋白酶體并快速啟動(dòng)該過(guò)程的藥物來(lái)觸發(fā)蛋白酶體聚集。

Vierstra解釋說(shuō)，在測(cè)定中，蛋白酶體被標(biāo)記為綠色熒光蛋白(GFP)，這使得它可以看到它們?nèi)ハ蚝翁?。?dāng)自噬系統(tǒng)吃掉用GFP標(biāo)記的蛋白質(zhì)時(shí)，蛋白質(zhì)消失，但GFP保持在周圍。因此，游離GFP的積累可作為自噬的替代物。

正是這種分析使Marshall能夠快速找到Cue5受體。“我們?cè)跁袦y(cè)試了所有已知的自噬受體敲除，”Vierstra說(shuō)。在每種情況下，游離的GFP出現(xiàn)在酵母液泡中，表明缺失的受體不能阻止蛋白酶體被破壞。只有在Cue5淘汰賽的情況下，GFP缺失。