Cell:傳染性蛋白粒子或有重要生物學功能

2020-12-06 生物谷

曾經被視為邪說的「朊病毒是傳染性錯誤摺疊的蛋白粒子」現在已得到了公認。而新近的研究不但證明了蛋白可以傳播疾病的推測,還發現,人類許多重大疾病中,錯誤摺疊的蛋白粒子扮演著十分重要的角色。同時,生物信息學的觀點也證實,可遺傳的蛋白質錯誤摺疊可能在有機體裡執行著生物功能,並參與進化。

關於「阮病毒」如何致病的假說在生物研究史上是一個裡程碑。「阮病毒」是指致病的朊蛋白可以像病毒粒子一樣自我複製和傳播。編碼朊蛋白的基因在存在於普通人體內,但朊蛋白存在著兩種構象,正常的朊蛋白僅存在α螺旋結構,而致病性的朊蛋白存在多個β摺疊。構象錯誤的朊蛋白溶解度低,且不能被蛋白酶降解。致病性的朊蛋白可脅迫正常朊蛋白聚集在前者的晶體表面,並轉化為錯誤摺疊的致病性蛋白,從而實現自我複製。基因突變等事件可導致正常朊蛋白結構不穩定,自發轉化為β摺疊多的異常構象。

由於蛋白錯誤摺疊而導致溶解性下降,產生澱粉狀聚合物,超過20種人類疾病都與這種現象有關。這些疾病統稱為蛋白質構象病(protein misfolding disorders,PMDs),其中包括阿爾茨海默病,帕金森症和2型糖尿病。雖然這些疾病有不同的臨床表現,但發病的分子機制卻格外相似。比如阿爾茨海默病患者腦部有大塊錯誤摺疊的β澱粉樣蛋白質聚集,這些聚合物影響了神經元之間的信號傳導,從而影響了神經功能。

那麼錯誤摺疊的蛋白又是如何具有「傳染性」的呢?研究者發現,致病的蛋白粒子要有如下特徵:首先能夠高效的自我複製,接著要不被生物體清除錯誤的機制識破並降解,此外這些錯誤摺疊的蛋白要能夠到達病理變化的位置,最後這些蛋白要能夠引起臨床上的表型,也就是說,對機體的功能造成損害。

既然這種可傳播的蛋白能引起如此多的病變,那麼為什麼在進化的過程中,沒有被丟失呢?一種可能的解釋是,這些可傳播的蛋白在機體內也在默默的執行一些有用的功能,而病變只是生物過程中的意外。因此,在以後的研究中,研究者應該去探索這種可傳染性蛋白在生物體內行使的正確功能。例如,線粒體蛋白MAVs在病毒感染時會發生構象改變,形成多聚體,誘導機體的抗病毒免疫反應。迄今為止,所有可傳播的蛋白錯誤構象的共同點都是β摺疊結構增多,這種摺疊結構對於誘導蛋白質形成澱粉狀聚合物是非常重要的,所以了解這種蛋白質聚合物在生物體內的作用有利於我們發現更多的「傳染性功能蛋白」。同時也提示了,通過構象改變來進行自我複製可能是蛋白質實現快速增值的一種機制。

通過構象改變可以快速的適應環境壓力,這種不需要基因改變的調節方式在進化中對抗環境變化的能力可能更強。通過不同構象的蛋白來調節基因表達的途徑已經在酵母中得到了證實。事實上,蛋白摺疊過程本來就受到PH值、溫度、鹽離子濃度等環境因素影響,因此通過不同的構象應對環境變化並不奇怪。但在進化上,這種可傳播的蛋白到底是不是生物體固有的一種調節機制還需要更多的研究去證明。(生物谷 Bioon.com  )

Transmissible Proteins: Expanding the Prion Heresy

Claudio Soto

The once heretical concept that a misfolded protein is the infectious agent responsible for prion diseases is now widely accepted. Recent exciting research has led not only to the end of the skepticism that proteins can transmit disease, but also to expanding the concept that transmissible proteins might be at the root of some of the most prevalent human illnesses. At the same time, the idea that biological information can be transmitted by propagation of protein (mis)folding raises the possibility that heritable protein agents may be operating as epigenetic factors in normal biological functions and participating in evolutionary adaptation.

相關焦點

  • 甲胎蛋白具有抑制PTEN生物學功能
    北京大學和海南醫學院聯合對肝癌細胞特異性標誌物甲胎蛋白(AFP)進行長時間的研究,發現AFP具有抑制PTEN的生物學功能,導致肝癌細胞耐受全反式維甲酸誘導的凋亡
  • Cell:首次觀察細胞內的蛋白複合體結構和功能
    在生物學上,我們仍然沒有工具觀察活細胞的內部工作機制,但是我們開發的這種技術是朝著正確方向走的一步,而且如今我們能夠三維地觀察這些蛋白複合體如何執行它們的功能。」觀察蛋白納米機器在工作這種新的策略採用了超解析度顯微技術和計算建模方法。
  • Molecular Cell:小G蛋白RhoA調節和功能研究
    Cullin家族蛋白是一類介導泛素連接酶複合物組裝的連接分子。作為Cullin家族成員之一,Cul3與具有BTB結構域的銜接蛋白組成泛素連接酶複合物,並結合特異性的底物,介導底物的泛素化。人類基因組編碼近200個含有BTB結構域的蛋白,暗示著Cul3在體內具有廣泛的底物,並可能發揮多種重要的作用。
  • Cell綜述:以Crisp(r)基因編輯技術的視角看新冠病毒生物學
    這幾個篩查對彼此的發現進行了交叉驗證,其主要方法是鑑定編碼一組蛋白質的相同基因或一組基因,這些蛋白質可在細胞內形成彼此無關的功能複合物或細胞通路。  儘管我們尚不清楚其中許多蛋白在病毒生命周期中的確切作用,但它們的亞細胞定位或可提供對新冠病毒生物學的見解。
  • Cell:改寫朊蛋白含義!朊蛋白也能夠傳遞有益性狀
    2016年10月8日/生物谷BIOON/--朊蛋白(prion)因作為導致狂牛症等致命性大腦功能障礙的致病因子而為人所熟知。在一項新的研究中,來自美國史丹福大學醫學院的研究人員發現,朊蛋白能夠有助酵母存活和傳遞有益性狀到它們的後代。
  • 美國科學家稱發現普裡昂蛋白傳染性與尺寸有關
    新華網洛杉磯9月7日電(記者陳勇)美國科學家7日公布的一項研究成果表明,普裡昂蛋白的傳染性與其顆粒尺寸有密切關係。科學家認為,新發現將有助於治療狂牛症等由普裡昂蛋白引起的腦病。  由美國家過敏症和傳染病研究所進行的這一研究,將發表在8日出版的新一期《自然》雜誌上。
  • Cell Stem Cell:科學家找到維持皮膚幹細胞功能的兩個蛋白「守衛」
    一項發表在國際學術期刊Cell Stem Cell上的最新研究發現兩個同家族蛋白構成了皮膚幹細胞存在的重要基礎,如果沒有這兩種蛋白皮膚幹細胞也將不會存在。 研究人員發現的這兩個蛋白就是DNA甲基化酶Dnmt3a和Dnmt3b,它們對於皮膚幹細胞的自我更新有至關重要的作用,它們能夠啟動幹細胞基因編程的第一步。
  • 研究發現蛋白聚集效應或可改善腸道功能
    而從組成生命的重要物質——蛋白質入手,或許更容易找到與長壽有關的生命密碼。  保持蛋白質的「體型姿態」很重要  眾所周知,蛋白質是組成人體一切細胞、組織的重要成分,生物體所有重要的組成部分都需要有蛋白質的參與。作為生命活動的主要承擔者,蛋白質除了參與催化各類生物化學反應,還在生物體的身體結構、信息傳遞、免疫防衛等方面發揮著重要作用。
  • Cell:利用CRISPR/Cas9系統精確標記發育大腦中的內源性蛋白
    SLENDR的全稱為CRISPR/Cas9介導同源重組修復對內源性蛋白進行單細胞標記 (single-cell labeling of endogenous proteins by CRISPRCas9-mediated homology-directed repair)。在這項研究中,研究人員努力理解當我們學習和形成記憶時,我們大腦中的細胞發生變化的方式。
  • Cell:Fat蛋白可調節細胞線粒體的功能及代謝性疾病的發生
    此前研究認為Fat蛋白僅僅會在細胞表面發揮作用,而本文研究首次表明,Fat蛋白實際上可以被加工處理並且被運輸到線粒體中,在線粒體中其會影響細胞的能量代謝狀態。更重要的是,當Fat蛋白缺失時,線粒體中的能量運輸流水線就會變得不穩定,從而引發機體細胞能量產生的缺失。
  • Molecular Cell:科學家發現調控溶酶體膜蛋白降解新機制
    2015年1月24日訊 /生物谷BIOON/ --近日,國際分子生物學雜誌Molecular Cell 在線發表了來自美國德克薩斯州西南醫學中心Emr研究小組的一項最新研究成果,他們發現了酵母細胞中調控溶酶體膜轉運蛋白壽命的分子機制,該研究成果對進一步了解溶酶體膜轉運蛋白的功能及調控具有重要意義。 溶酶體是細胞中負責消化和循環利用細胞內組分,儲存和釋放營養物質,調控細胞內PH穩定的重要細胞器。溶酶體由一層特殊的膜結構包圍,維持其整體性,膜內外營養物質通過膜上眾多轉運蛋白進行跨膜運輸。
  • Cell:蛋白Mcr調節相鄰細胞中的自噬
    圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.06.0182017年7月5日/生物谷BIOON/---根據一項新的研究,來自美國麻薩諸塞大學醫學院等相關研究機構的研究人員發現在果蠅相鄰細胞之間部署的一種免疫相關蛋白在一種被稱作自噬的細胞降解過程中扮演著重要的角色。
  • 南科大郭紅衛團隊報導22nt siRNA重要生物學功能
    RNA是生命遺傳信息傳遞的核心載質,遺傳信息從DNA到RNA到蛋白質構成了分子生物學的中心法則。RNA幹擾是生物免疫病毒入侵的重要機制,RNA幹擾通過長度為20-24個核苷酸單位(nucleotide, nt)的小RNA來調控靶基因RNA。
  • Cell:分子伴侶Hsp70讓細胞的蛋白合成速度最大化
    圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.06.0382017年9月13日/生物谷BIOON/---在一項新的研究中,來自德國癌症研究中心、海德堡大學分子生物學中心、科隆大學和美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員研究了一種在蛋白合成中發揮著至關重要作用的分子伴侶(molecular chaperone
  • 以Crisp(r)基因編輯技術的視角看新冠病毒生物學
    在過去5年中,基於CRISPR的篩查在細胞生物學領域掀起了令人矚目的發現浪潮,病毒與宿主之間的相互作用當然也是其中一個研究熱點(Puschnik et al., 2017)。許多研究團隊現已開發許多使用小嚮導(sg)RNA庫轉導的細胞系,這些RNA能使每個細胞的單個基因發生插入或缺失,從而使相應蛋白質的表達或功能失效。
  • Cell | 細菌中AGO蛋白可參與DNA複製
    真核生物的AGO蛋白通過結合小的非編碼RNA(例如siRNA, microRNA和piRNA等),實現基於RNA引導的基因沉默。長期以來,我們主要將細菌中的AGO蛋白作為了解真核生物AGO蛋白的功能和結構的生化模型,而對細菌AGO蛋白的生物學功能一直不太清楚。 2020年8月25日,來自麻薩諸塞大學醫學院的Phillip D.
  • Cell Research | 孫麗明/胡蘋合作報導程序性細胞壞死的全新功能...
    死亡信號誘導RIPK3激酶的激活,進而磷酸化細胞壞死的特異性執行蛋白MLKL【5-6】。磷酸化的MLKL(p-MLKL)發生寡聚化並轉位到細胞的膜結構上導致細胞膜和細胞器膜的破壞,以致細胞死亡和胞內物質的外漏【7-10】。  敲除細胞壞死關鍵蛋白MLKL或者RIPK3的表達並不影響小鼠的發育【11-13】。
  • 2020年11月Cell期刊不得不看的亮點研究
    2.Cell論文詳解:新成像方法可同時對單個細胞中5種不同分子進行成像doi:10.1016/j.cell.2020.10.035在單個細胞內,成千上萬個分子,如蛋白、離子和其他信號分子,共同發揮各種功能---吸收營養物、儲存記憶和分化成特定的組織等等。解讀這些分子及其所有的相互作用是一項艱巨的任務。
  • Developmental Cell:著絲粒功能建立與維持的關鍵因子CENP-A的裝配...
    研究人員通過一系列生物化學與細胞生物學實驗分析,詳細地闡述了CENP-A分子上的Ser68可以通過可逆磷酸化修飾來調控HJURP識別與結合的能力。作為染色體上的一個特殊結構,著絲粒是一段結構與功能高度特化的染色質區域,在細胞分裂期指導動粒的組裝,並在紡錘絲的牽拉下實現姐妹染色單體的分離並向細胞兩極移動。CENP-A,作為著絲粒區域染色質的標識分子,是組蛋白H3的變體,可以特異替換著絲粒區域核小體中核心組蛋白H3。CENP-A在著絲粒區域的正確裝配對於染色體與基因組的穩定性具有重要的意義。
  • 美媒:揭開病毒傳染性的奧秘
    這是一個複雜的過程,涉及被稱為病毒粒子——新形成的具有傳染性的病毒副本——的生成。每一個病毒粒子都是一個包含病毒遺傳密碼完整副本的蛋白質外鞘。然後,這些病毒粒子就會感染其他細胞,導致疾病。迄今,人們對病毒組裝這些病毒粒子的方式仍不是十分清楚。