ATP酶DEAD-box調節細胞器的相分離

2020-12-05 科學網

ATP酶DEAD-box調節細胞器的相分離

作者:

小柯機器人

發布時間:2019/8/22 14:42:52

瑞士蘇黎世聯邦理工學院Karsten Weis小組近日取得一項新成果。他們探明了ATP酶DEAD-box是細胞器相分離的全局調節器。2019年8月22日,《自然》在線發表了這項成果。

研究人員揭示了高度豐富的RNA依賴性DEAD-box ATP酶(DDXs)家族成員是原核生物和真核生物中含有RNA細胞器進行相分離的調節器。利用體外重組和體內實驗,他們證明DDX促進結合了ATP的細胞器的相分離,而ATP水解誘導分區轉換和RNA的釋放。無膜細胞器調節的這種機制揭示了從細菌到人類保守的細胞組成規律。此外,研究人員還發現DDX控制進入和離開相分離細胞器的RNA通量,因此提出了動態細胞網絡的假設即DDX控制分區為細胞調控多種RNA成熟過程提供了時間和空間的生化反應中心,這種動態細胞網絡可以調節核糖核蛋白顆粒的組成和命運。

近來,蛋白質和核酸經歷液-液相分離的能力已成為一種重要的分子原理,即細胞如何快速和可逆地將其組分區分為無膜細胞器,如核仁,加工體或應激顆粒。如何控制這些細胞器的組裝和更新,以及這些生物大分子如何選擇性地募集或釋放的知識知之甚少。

附:英文原文

Title: DEAD-box ATPases are global regulators of phase-separated organelles

Author: Maria Hondele, Ruchika Sachdev, Stephanie Heinrich, Juan Wang, Pascal Vallotton, Beatriz M. A. Fontoura, Karsten Weis

Issue&Volume: 2019-08-21

Abstract: The ability of proteins and nucleic acids to undergo liquidliquid phase separation has recently emerged as an important molecular principle of how cells rapidly and reversibly compartmentalize their components into membrane-less organelles such as the nucleolus, processing bodies or stress granules. How the assembly and turnover of these organelles are controlled, and how these biological condensates selectively recruit or release components are poorly understood. Here we show that members of the large and highly abundant family of RNA-dependent DEAD-box ATPases (DDXs) are regulators of RNA-containing phase-separated organelles in prokaryotes and eukaryotes. Using in vitro reconstitution and in vivo experiments, we demonstrate that DDXs promote phase separation in their ATP-bound form, whereas ATP hydrolysis induces compartment turnover and release of RNA. This mechanism of membrane-less organelle regulation reveals a principle of cellular organization that is conserved from bacteria to humans. Furthermore, we show that DDXs control RNA flux into and out of phase-separated organelles, and thus propose that a cellular network of dynamic, DDX-controlled compartments establishes biochemical reaction centres that provide cells with spatial and temporal control of various RNA-processing steps, which could regulate the composition and fate of ribonucleoprotein particles.

DOI: 10.1038/s41586-019-1502-y

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1502-y

相關焦點

  • Nature:揭示DEAD-box ATP酶是相分離細胞器的調節因子
    科學家們想要了解細胞如何快速可逆地將通過區室化讓它的組分形成無膜的細胞器。2009年,Clifford P. Brangwynne等人提出細胞內通過液-液相分離(liquid-liquid phase separation, LLPS)過程提供一種特定的方式使得細胞內的特定分子(比如,RNA和蛋白)聚集起來,從而在混雜的細胞內部形成一定的次序。
  • 【科技前沿】張宏團隊總結膜生物學中的相分離:​有膜細胞器與無...
    細胞膜為無膜細胞器形成提供平臺雖然細胞裡很多凝集體在細胞質或核質內形成並呈球狀,如P小體和應激顆粒;但也存在另一類凝集體可以在膜表面形成,且形狀多數不規則。細胞膜作為細胞內外溝通的關鍵結構,可以直接激活蛋白相分離過程。細胞膜受到外界信號刺激後,通過限制蛋白分子擴散和/或促進蛋白相互作用等途徑,降低下遊蛋白發生相分離的濃度,促進蛋白相分離形成凝集體,以實現特定功能。
  • Nature發現一種前所未知的機制調節分離酶的活性
    分離酶在該過程中起決定性作用。在每個單細胞分裂的過程中,染色體上的遺傳信息必須在新形成的子細胞之間平均分配。分離酶在該過程中起決定性作用。近日,來自拜羅伊特大學的Susanne Hellmuth和Olaf Stemmann領導的研究組發現了一個以前未知的機制,該機制可調節分離的活性。
  • 5篇Cell、Nature論文報導相分離在植物中的功能
    有膜包裹的細胞器將特定蛋白、核酸等物質包裹起來,以在特定的空間內執行其功能.這些無膜細胞器沒有細胞膜包裹,但是仍能穩定存在,並與周圍環境產生頻繁的分子交換。無膜細胞器如何形成以及其物理化學本質,是困擾了大家多年的問題。
  • 5篇Cell、Nature論文報導相分離在植物中的功能
    有膜包裹的細胞器將特定蛋白、核酸等物質包裹起來,以在特定的空間內執行其功能.這些無膜細胞器沒有細胞膜包裹,但是仍能穩定存在,並與周圍環境產生頻繁的分子交換。無膜細胞器如何形成以及其物理化學本質,是困擾了大家多年的問題。
  • ATP合成酶:宏偉的分子機器—大師的傑作
    ATP Synthase, www.mrc-mbu.cam.ac.uk/research/atp-synthase. Stryer.在這篇文章中,伊利諾大學的安特尼∙克勞弗次教授將ATP合酶與一個含有六個亞基的解旋酶進行了比較,然後他得出結論說:「∙∙∙∙∙∙三級結構上的同源性(大致相似的形狀)強烈提示二者是從同一個祖先演變而來∙∙∙∙∙∙」這還只是「強烈提示」,但是超自然的起源根據定義就排除了!儘管克勞弗次強調這兩個酶系統的相似之處,但是其間的差別對於自然主義的假說而言是不可逾越的。
  • 【知識點】酶和ATP
    美國科學家薩姆納通過實驗證實酶是一類具有催化作用的蛋白質,科學家切赫和奧特曼發現少數RNA也具有生物催化作用。
  • 溶酶體是怎樣一種細胞器?
    1溶酶體的發現1949年,比利時布魯塞爾細胞病理學院科學家de Duve將大鼠肝組織勻漿,對各種細胞器進行分離,以期找出與糖代謝的酶有關的細胞器,根據實驗結果推測細胞中還存在一種新的細胞器。
  • 內質網P5A-ATP酶是跨膜螺旋脫位酶
    美國哈佛醫學院Eunyong Park、Sichen Shao等研究人員合作發現,內質網P5A-ATP酶是跨膜螺旋脫位酶。2020年9月25日出版的《科學》雜誌發表了這一研究成果。   研究人員發現孤兒P5A-腺苷三磷酸酶(ATP酶)轉運蛋白ATP13A1(酵母中的Spf1)與線粒體尾部錨定蛋白的跨膜片段(TM)直接相互作用。
  • 細胞蛇:細胞器家族的新成員
    細胞器具有廣泛的功能,大部分功能對細胞的生命活動至關重要。例如真菌、植物、動物細胞中的線粒體和葉綠體能將食品或陽光中的能量轉化為可供細胞使用的能量(以ATP形式),ATP構成動物和真菌細胞的主要能量來源,也是植物的次要來源。線粒體還具有額外的功能,如細胞代謝調節和鈣儲存等。研究細胞器也是探索人類疾病病理的關鍵所在。
  • 旋轉分子馬達:ATP合成酶,生命能量的「印鈔機」
    它們沿著微管運動,負責運送細胞器和細胞小泡,並參與細胞的有絲分裂;以上兩種為線性運動馬達。(3)旋轉分子馬達, 主要包括 ATP合成酶、細菌鞭毛等。較典型的轉動馬達是ATP合成酶,它們是合成ATP的基本場所,也是生物體能量轉化的核心酶,全稱為 F0F1-三磷酸腺苷酶,它廣泛分布於線粒體、光合細菌、葉綠體中,是生物體能量轉換的核心酶。
  • Science:解析出嗜熱棲熱菌V/A-ATP酶的三維結構
    旋轉動力ATP合酶/ATP酶是大型膜蛋白複合物,它們具有相同的整體結構和旋轉催化機制。這種蛋白質家族包括在線粒體(細胞的能量工廠)、葉綠體(在植物中進行光合作用的細胞器)和細菌中發現的F型ATP酶,葉綠體(在植物中進行光合作用的細胞器)和細菌;在真核生物(具有細胞核的高等生物)中發現的V型ATP酶;在古細菌(古老的微生物)和一些細菌中發現的A型ATP酶。
  • 肌動蛋白ATP酶家族的聚合調節酵母己糖激酶活性
    肌動蛋白ATP酶家族的聚合調節酵母己糖激酶活性 作者:小柯機器人 發布時間:2020/3/1 14:33:22 美國哈佛大學Ethan C. Garner、Andrew W.
  • 高中生物——牛氣的「細胞器」
    細胞中牛氣的「細胞器」功能:①增大了細胞內的膜面積,給酶提供了更多的附著位點,有利於化學反應進行;②合成和加工蛋白質(形成蛋白質的空間結構)、與脂質的合成有關。功能:調節細胞的內環境,使細胞維持一定的滲透壓,保持細胞的形態。分布:普遍存在於成熟的植物細胞中。
  • 蛋白酶體可發生壓力和泛素化依賴的相分離
    蛋白酶體可發生壓力和泛素化依賴的相分離 作者:小柯機器人 發布時間:2020/2/12 13:11:47 日本東京大學醫科學研究所Yasushi Saeki 和Keiji Tanaka合作發現蛋白酶體可發生壓力和泛素化依賴的相分離
  • Nature | 「潤溼作用」解釋相分離液滴的自噬降解機制
    ,包括膜包裹形成的細胞器:細胞核、內質網、線粒體、溶酶體等。細胞內還有另一類的無膜細胞器:stress granule、paraspeckle等。自Hyman和Brangwynne在2009年在Science雜誌首次發表了線蟲體內的p-granule顆粒是通過通過液-液相分離(liquid-liquid phase separation,LLPS)形成以來。
  • 我國科學家發現SHP2蛋白相分離異常導致人類發育性疾病的新機制
    SHP2磷酸酶活性受其自身構象變化調節。SHP2蛋白的突變與多種人類發育性疾病密切相關,50%努南綜合症和90%豹皮綜合症病人攜帶SHP2的生殖系雜合突變。努南綜合症中的SHP2突變使SHP2處於激活狀態,而豹皮綜合症中的突變位於SHP2催化結構域上,使SHP2處於失活狀態。但是努南綜合症和豹皮綜合症患者的臨床症狀極其相似。為什麼SHP2兩種不同的突變方式會導致臨床表型如此相似的疾病?
  • 研究人員發現泛素連接酶Cdh1通過促進Gsc泛素化調節顱面部發育
    研究人員發現泛素連接酶Cdh1通過促進Gsc泛素化調節顱面部發育 來源:上海生命科學研究院   發布者:張薦轅   日期:2016-05-16   今日/
  • 高中生物必修一:八大細胞器的比較
    高中生物必修一:八大細胞器的比較對於即將升入高中的同學來說,高中生物裡高一知識點總結是學習中很重要的一個環節。下面是小編整理的高中生物必修一:八大細胞器的比較,希望對大家有幫助。高中生物必修一相關概念:細胞質:在細胞膜以內、細胞核以外的原生質,叫做細胞質。
  • 高中生物知識點總結:酶和ATP
    高中生物知識點總結:酶和ATP 2013-01-10 16:32 來源:新東方網整理 作者: