細(xì)胞如何去除破壞的垃圾 磷酸精氨酸
細(xì)胞永遠(yuǎn)不會忘記取出垃圾。人們早就知道,細(xì)胞通過用遍在蛋白標(biāo)記它們來標(biāo)記蛋白質(zhì)以進(jìn)行降解,泛素是一種被描述為“死亡的分子之吻”的信號。維也納分子病理學(xué)研究所(IMP)的Tim Clausen小組確定了革蘭氏陽性細(xì)菌的類似系統(tǒng),其中降解標(biāo)簽的作用通過一種鮮為人知的翻譯后修飾來實(shí)現(xiàn):精氨酸磷酸化。該研究由Nature雜志在線發(fā)表,為設(shè)計(jì)抗菌療法開辟了新的途徑。
就像在U2歌曲名稱“靜止不動”中一樣,細(xì)胞的明顯穩(wěn)定狀態(tài)掩蓋了不斷產(chǎn)生和去除蛋白質(zhì)。盡管對蛋白質(zhì)降解的研究落后于對蛋白質(zhì)合成的研究,但現(xiàn)在人們非常欣賞,當(dāng)涉及蛋白質(zhì)時(shí),死亡與出生同樣重要 - 并且受到嚴(yán)格監(jiān)管。每一個(gè)都在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候被移除,并且特別注意消除那些被損壞或執(zhí)行在特定環(huán)境中不再需要的功能的那些。
降解過程包括將蛋白質(zhì)底物切成小片段,在分隔的蛋白酶中進(jìn)行 - 專門的分子機(jī)器通常比作碎紙機(jī)。如果 - 如在基于真核生物的泛素系統(tǒng)中 - 對蛋白酶的獲取取決于必須由底物攜帶的特定標(biāo)簽,那么重要決定何時(shí)和何時(shí)應(yīng)該被消除歸結(jié)為標(biāo)簽的及時(shí)和選擇性附著。這種機(jī)制很優(yōu)雅,但是對細(xì)菌進(jìn)行研究的科學(xué)家一直困惑地發(fā)現(xiàn)它只被它們感興趣的生物的一個(gè)特定分支所使用。目前的研究改變了這一局面。
幾年前,Tim Clausen的實(shí)驗(yàn)室在研究某些細(xì)菌如何應(yīng)對不利條件時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)精氨酸磷酸化。參與這一過程的蛋白質(zhì)McsB被證明具有磷酸化精氨酸殘基上其他蛋白質(zhì)的獨(dú)特能力。自20世紀(jì)50年代獲得諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)作品Edwin G. Krebs和Edmond H. Fischer以來,通過可逆添加磷?;牡鞍踪|(zhì)調(diào)節(jié)一直是生物化學(xué)的主要支柱,現(xiàn)在它首次被觀察到涉及精氨酸。后續(xù)研究揭示了模型生物枯草芽孢桿菌中的數(shù)百種經(jīng)修飾的蛋白質(zhì)。雖然觀察到修改是根據(jù)環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)節(jié)的,但功能仍然難以捉摸。
“我們認(rèn)為磷酸精氨酸可能是'細(xì)菌泛素'的原因有幾個(gè),”Tim Clausen說,蛋白質(zhì)降解長期以來一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。已知McsB與細(xì)菌枯草芽孢桿菌ClpCP的主要蛋白酶進(jìn)行轉(zhuǎn)錄共調(diào)節(jié),并且曾被提出作為其帶有特定底物的“銜接子”。蒂姆推測它實(shí)際上可能更像是一個(gè)“貼標(biāo)機(jī)”,用“死亡之吻”標(biāo)記許多不同的蛋白質(zhì)。在一系列復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)中,他的小組證明了這個(gè)假設(shè)是正確的。
“當(dāng)磷酸精氨酸與ClpCP顯示出強(qiáng)烈的結(jié)合親和力時(shí),我知道我們處于正確的軌道上,”Clausen實(shí)驗(yàn)室的博士后和自然論文的第一作者DéboraBrochTrentini說。她補(bǔ)充說,正是這種相互作用解釋了特異性:用磷酸精氨酸標(biāo)記的蛋白質(zhì)被ClpCP蛋白酶直接捕獲并切碎成碎片。
由于發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)在革蘭氏陽性細(xì)菌(包括臭名昭著的人類病原體金黃色葡萄球菌的大類)中得到廣泛保護(hù)- 該研究解釋了之前的報(bào)告,將McsB和ClpC鑒定為毒力因子。為了感染,細(xì)菌必須克服宿主內(nèi)遇到的壓力,這又依賴于應(yīng)激損傷蛋白質(zhì)的有效降解。因此,蒂姆實(shí)驗(yàn)室的發(fā)現(xiàn)揭示了如何對抗細(xì)菌介導(dǎo)的疾病的新觀點(diǎn)。
“我們確定了這種機(jī)制。下一步是阻止它,”Tim Clausen總結(jié)道。
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