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发现蛋白质的基本调节机制

来源:中检健康 编辑:中检健康 时间:2021-05-06
蛋白质在每个生物的细胞中发挥着广泛的功能,在几乎每个生物过程中都起着关键作用。它们不仅运行我们的新陈代谢,管理细胞信号并负责能量产生,作为抗体,它们也是我们免疫系统对抗冠状病毒等人类病原体的前线工作者。鉴于这些重要的职责,蛋白质的活性受到严格控制并不奇怪。有许多化学开关可以控制蛋白质的结构,从而控制其功能,以应对不断变化的环境条件和压力。这些开关的生化结构和操作模式被认为是众所周知的。因此,哥廷根大学的一组研究人员惊讶地发现了一种完全新颖但迄今为止被忽视的开关,这种开关似乎是生活所有领域蛋白质中普遍存在的调节元件。结果发表在自然。
 

新鉴定的在半胱氨酸和赖氨酸残基之间转换的蛋白质结构,显示其结构和电子密度。这一发现对理解和治疗疾病具有广泛的意义。来源:K Tittmann

研究人员研究了一种来自人类病原体淋病奈瑟菌的蛋白质,这种细菌感染在全球范围内有超过1亿例。这种疾病通常用抗生素治疗,但抗生素耐药性的增加构成了严重威胁。为了确定新的治疗方法,他们研究了一种蛋白质的结构和机制,这种蛋白质是病原体碳代谢的关键因素。令人惊讶的是,蛋白质可以通过氧化和还原(被称为“氧化还原开关”)来打开和关闭。科学家们怀疑这是由两个半胱氨酸氨基酸之间形成的常见且公认的“二硫化物开关”引起的。当他们在德国汉堡的DESY粒子加速器破译处于“开”和“关”状态的蛋白质的x光结构时,他们受到了更大的惊喜。这种转变的化学性质完全未知:它是由赖氨酸和半胱氨酸氨基酸通过一个桥氧原子形成的。

“我简直不敢相信自己的眼睛,”领导这项研究的
Kai Tittmann教授说,他记得第一次看到这部小说的结构发生了变化。“我们最初认为这一定是实验过程中人为形成的副产品,因为这个化学实体是未知的。”然而,实验的多次重复总是给出相同的结果,并且对蛋白质结构数据库的分析进一步揭示,有许多其他蛋白质非常可能具有这种转换,这显然逃过了早期的检测,因为蛋白质结构分析的分辨率不足以确定地检测到它。研究人员承认好运在他们这边,因为他们测量的晶体允许以极高的分辨率确定蛋白质结构,这意味着不能错过这个新的开关。该论文的第一作者Marie Wensien说:“对高质量蛋白质晶体的广泛筛选确实有了回报,我非常高兴。”

研究人员认为,新的蛋白质开关的发现将在许多方面影响生命科学,例如在蛋白质设计领域。它还将在医疗应用和药物设计方面开辟新的途径。众所周知,许多在严重疾病中发挥既定作用的人类蛋白质是氧化还原控制的,新发现的开关也可能在调节它们的生物功能中发挥核心作用。

论文链接:Marie Wensien et al. A lysine-cysteine redox switch with an NOS bridge regulates enzyme function. Nature 2021. DoI: 10.1038/s41586-021-03513-3
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