Nature：改寫教科書！挑戰(zhàn)細胞內(nèi)蛋白轉運經(jīng)典理論

Nature：改寫教科書！挑戰(zhàn)細胞內(nèi)蛋白轉運經(jīng)典理論

2016年08月21日訊 當人體的一切運轉正常時，這是因為大量新合成的蛋白折疊成正確的結構和在正確的時間被轉運到細胞內(nèi)的正確位點上。相反地，很多人類疾病---比如癌癥和神經(jīng)退行性疾病---之所以會發(fā)生是因為這個過程的某些方面發(fā)生差錯。

理解觸發(fā)這個過程的機制在設計越來越有效的藥物和療法用于治療這些疾病中發(fā)揮著至關重要的作用。如今，在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學的研究人員在對蛋白轉運的眾多基本機制中的一種機制獲得新的深入認識后，有望改寫教科書。相關研究結果發(fā)表在2016年8月11日那期Nature期刊上，論文標題為“Cotranslational signal-independent SRP preloading during membrane targeting”。

當mRNA運送指令和命令到核糖體上時，蛋白的旅程就開始了。核糖體讀取編碼在mRNA上的信息---mRNA本身就是通過轉錄人DNA中的基因而產(chǎn)生的---和產(chǎn)生特定的蛋白。下一步就是事情變得有趣的地方。

二十世紀七十年代早期的研究已揭示出很多新合成的蛋白的第一部分是讓核糖體將這種新生蛋白送到另一個被稱作內(nèi)質網(wǎng)的細胞結構中的信號肽。這一關鍵的認識是被評為1999年諾貝爾生理或醫(yī)學獎的基礎。一種“信號識別顆粒（signal recognition particle, SPR）”附著到這種信號肽上，從而協(xié)助護送它到內(nèi)質網(wǎng)；SPR也會暫時地阻止蛋白產(chǎn)生，一旦它到達內(nèi)質網(wǎng)時，核糖體就會反彈回去，而SPR會繼續(xù)向前移動。

論文通信作者、斯坦福大學生物學教授和遺傳學教授Judith Frydman說，“我們的數(shù)據(jù)支持SPR發(fā)揮的作用，但是我們的實驗結果并不支持這種蛋白轉運模型（即經(jīng)典模型）。這就是這項研究如此迷人的地方。我們發(fā)現(xiàn)SPR事實上通過一種非常不同的和完全意料之外的機制發(fā)揮作用?！?/p>

利用允許在比之前更高的分辨率下觀察這種機制的現(xiàn)代技術和儀器，F(xiàn)rydman和她的同事們發(fā)現(xiàn)在開始產(chǎn)生蛋白之前，mRNA事實上含有少量被SRP識別的信息，而且SPR事實上在蛋白出現(xiàn)之前就在核糖體的排出位點（exit site）上等待著。

研究人員也發(fā)現(xiàn)并不像之前所認為的那樣，SPR一點也不能夠阻止蛋白產(chǎn)生。

Frydman說，這兩項發(fā)現(xiàn)是非常重要的和有趣的，這是因為細胞內(nèi)合成的蛋白何時和如何到達細胞膜會產(chǎn)生可怕的后果。

Frydman說，非常重要的過程依賴于蛋白精確地到達目標位點，和細胞需要忠實地分泌蛋白。如果一種特定的蛋白停留在細胞質中，那么它可能聚集在一起，導致健康功能的喪失或者意外獲得不健康的功能。這些功能的獲得或丟失是囊性纖維化、癌癥和阿爾茨海默病等很多疾病的典型特征。

Frydman說，“很多在治療上比較重要的蛋白在很大程度上能夠通過將它們靶向這種分泌途徑而加以制造。但是它們目前也是依賴這種經(jīng)典模型進行設計的。更好地理解這個過程可能真正地改善設計新藥物的過程?！?/p>

因研究并闡明細胞內(nèi)囊泡轉運機制-“沒有囊泡運輸?shù)木_組織，細胞將陷入混亂狀態(tài)”，詹姆斯等三位科學家

A、胰島素屬于分泌蛋白，是在細胞內(nèi)合成分泌到細胞外發(fā)揮作用的一類蛋白質，其首先在核糖體上合成多肽鏈，然后進入內(nèi)質網(wǎng)的網(wǎng)腔進行加工，如折疊、組裝、加上一些糖基團等，成為比較成熟的蛋白質．接著內(nèi)質網(wǎng)的網(wǎng)腔膨大、出芽形成具有膜包被的囊泡，包裹著蛋白質轉移到高爾基體，把蛋白質輸送到高爾基體腔內(nèi)，做進一步的加工．最后高爾基體膜突起形成囊泡，把蛋白質包裹在囊泡里，運輸?shù)郊毎?，通過囊泡與細胞膜融合，把蛋白質釋放到細胞外即內(nèi)環(huán)境中，A正確；
B、抗體也屬于分泌蛋白，同一種抗體在合成時，由內(nèi)質網(wǎng)及高爾基體形成的囊泡中包裹形成的蛋白質結構不同，B正確；
C、由題干信息可知囊泡運輸是一個精確組織的過程，物質被封裝在囊泡中，會在正確的時間被準確的運送到細胞內(nèi)或細胞外特定的位置，其前提是囊泡和靶膜必須能進行特異性的識別與結合，C正確；
D、胞吞時，細胞膜會形成囊泡向細胞內(nèi)運輸物質，所以能形成囊泡的細胞結構有細胞膜、內(nèi)質網(wǎng)和高爾基體，而胞吐時能形成囊泡的結構是內(nèi)質網(wǎng)和高爾基體，D錯誤．
故選：D．

一項來自康奈爾大學的研究揭示了體內(nèi)蛋白分選轉運裝置的作用機制，即為了將細胞內(nèi)的廢物清除，細胞膜塑形

A、細胞膜塑形蛋白在細胞的核糖體內(nèi)合成，合成所需要的能量由線粒體或細胞質基質提供，而葉綠體形成的ATP只能用于暗反應，A錯誤；
B、根據(jù)分泌蛋白形成過程等知識，可判斷囊泡（分子垃圾袋）由生物膜構成，主要由磷脂和蛋白質構成，具有生物膜流動性的特點，B正確；
C、溶酶體中水解酶可以水解細胞中衰老損傷的細胞器等，可以作為“回收利用工廠”，蛋白質水解的產(chǎn)物為氨基酸，故“組件”是氨基酸，不可能為核苷酸，C錯誤；
D、中心體沒有生物膜結構，故無法形成囊泡，D錯誤．
故選：B．

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