PNAS:開發出新技術重建蛋白合成期間摺疊全過程

2020-11-29 生物谷

根據於2012年7月16日在線發表在PNAS期刊上的一篇論文,來自美國康奈爾大學的研究人員開發出一種新方法來研究哺乳動物細胞內蛋白如何摺疊,可能有朝一日導致人們開發出更好的流感疫苗。這種方法允許研究人員對細胞中處於不同蛋白合成階段的被稱作核糖體的蛋白合成機制拍攝快照。他們然後將這些快照拼接在一起從而重新構建蛋白合成期間它們如何摺疊。

細胞內,蛋白摺疊非常快,只需幾微秒,因此多肽鏈如何摺疊從而形成蛋白結構,長期以來都是一個謎。論文通訊作者Shu-Bing Qian說,他們的方法能夠在核糖體合成蛋白的同時研究蛋白摺疊。

簡言之,mRNA攜帶來自DNA的蛋白編碼信息到核糖體中,接著核糖體將這些編碼信息範圍組成蛋白的胺基酸鏈。在此之前,其他研究人員已開發出一種定位核糖體在mRNA上的精確位置。Qian和同事們進一步改進這種技術來選擇性地富集核糖體中的某一部分,從而能夠拍攝蛋白合成過程不同階段的快照。

在這篇論文中,研究人員也描述了利用這種技術來更好地研究一種被稱作血凝素(hemagglutinin, HA)的蛋白,它位於甲型流感病毒(influenza A virus)的表面上;允許該病毒感染宿主細胞的HA結構(摺疊)。

流感疫苗基於識別諸如HA之類的蛋白的抗體。但是流感病毒擁有比較高的突變率來躲避抗體檢測。因此,流感疫苗經常失效,這是因為病毒表面蛋白發生突變。比如,HA是流感病毒表面蛋白中突變率最高的。

研究人員證實他們的技術能夠鑑定出當HA發生突變時,這種摺疊過程如何變化。如果人們知道突變如何變化的摺疊圖片,那麼它將有助於設計出一種更好的疫苗。(生物谷:Bioon.com)

本文編譯自Researchers piece together how proteins fold

Monitoring cotranslational protein folding in mammalian cells at codon resolution

Yan Hana, Alexandre Davidb, Botao Liuc, Javier G. Magadánb, Jack R. Benninkb, Jonathan W. Yewdellb, and Shu-Bing Qian

How the ribosome-bound nascent chain folds to assume its functional tertiary structure remains a central puzzle in biology. In contrast to refolding of a denatured protein, cotranslational folding is complicated by the vectorial nature of nascent chains, the frequent ribosome pausing, and the cellular crowdedness. Here, we present a strategy called folding-associated cotranslational sequencing that enables monitoring of the folding competency of nascent chains during elongation at codon resolution. By using an engineered multidomain fusion protein, we demonstrate an efficient cotranslational folding immediately after the emergence of the full domain sequence. We also apply folding-associated cotranslational sequencing to track cotranslational folding of hemagglutinin in influenza A virus-infected cells. In contrast to sequential formation of distinct epitopes, the receptor binding domain of hemagglutinin follows a global folding route by displaying two epitopes simultaneously when the full sequence is available. Our results provide direct evidence of domain-wise global folding that occurs cotranslationally in mammalian cells.

相關焦點

  • PNAS |蛋白穩態下降可能會對人類衰老產生重大影響
    並且隨著人類衰老,蛋白質摺疊錯誤所導致的疾病的患病概率也會隨之增加,例如阿爾茨海默氏症,帕金森氏症等。 本文揭露了蛋白質穩態在人類細胞衰老(稱為細胞衰老)中下降。發現,雖然衰老細胞中的壓力感測得到了增強,並且它們在蛋白質合成水平上的反應是完整的,但他們未能在基因轉錄水平上正確激活應激適應所需的多個程序。 本研究的觀點是,蛋白穩態下降可能會對人類衰老產生重大影響。
  • 體外蛋白合成新技術可媲美細胞中的天然核糖體
    2020年6月8日訊/生物谷BIOON/---許多蛋白作為治療糖尿病、癌症和關節炎等疾病的藥物是有用的。合成這些蛋白的人工版本是一個耗時的過程,需要通過對微生物或其他細胞進行基因改造來產生所需的蛋白。在一項新的研究中,來自美國麻省理工學院的研究人員開發出一種新技術,可以大幅降低產生合成蛋白所需的時間。
  • Cell:分子伴侶Hsp70讓細胞的蛋白合成速度最大化
    他們證實蛋白合成的速度與分子伴侶Ssb的功能相關聯。這種控制合成速度的信息儲存在細胞的遺傳密碼中,因而確保合成功能性蛋白的效率和精確度最大化。相關研究結果近期發表在Cell期刊上,論文標題為「Profiling Ssb-Nascent Chain Interactions Reveals Principles of Hsp70-Assisted Folding」。
  • Science:蛋白摺疊遠比想像中的更加複雜
    2017年3月6日/生物谷BIOON/---在一項新的研究中,來自美國國家標準技術研究所和科羅拉多大學博爾德分校的研究人員比以前更加詳細地測量蛋白摺疊,從而揭示出這種摺疊過程比之前所知的更加複雜。這些結果提示著在此之前,對科學界而言,蛋白摺疊在很大程度上仍然是未知的,這是因為這種摺疊過程在如此短的時間內發生而且蛋白結構發生如此小的變化以至於常規的方法不能夠檢測出來。
  • 活組織可自發摺疊成3D結構,科學家有望解密自然發育過程
    隨著3D列印技術和類器官培養技術的進步及成熟,越來越多的人造器官或組織在實驗室中出現,但大多數在功能上卻差強人意。人類從一顆受精卵到胚胎再到有機體,組織在發育中經歷了伸展、皺縮、摺疊等一系列複雜而又精密的過程,才最終成為具有完整功能的成熟器官。這形成褶皺、摺疊等獨特3D結構的神秘旅程,正是無數生物工程師們渴望模擬重現的關鍵。
  • 科學家開發出新的誘導型蛋白降解系統
    科學家開發出新的誘導型蛋白降解系統 作者:小柯機器人 發布時間:2019/8/27 14:23:53 芬蘭赫爾辛基大學Elina Ikonen組近日取得一項新成果。
  • PNAS:科學家闡明病毒利用宿主細胞中關鍵蛋白進行繁殖的分子機制
    2018年4月8日 訊 /生物谷BIOON/ --病毒有著非常有限的基因,因此其必須利用宿主細胞的細胞器來促進其複製繁殖,近日,一項刊登在國際雜誌PNAS上的研究報告中,來自烏普薩拉大學的科學家們通過研究發現了許多病毒能在細胞中進行運輸的特殊宿主蛋白,相關研究或為研究人員後期開發新型廣譜的抗病毒療法提供希望。
  • PNAS:人腦脊液中的朊蛋白定量——助力朊病毒病藥物開發
    降低腦中的天然朊蛋白(PrP)水平是治療或預防人朊病毒病的有吸引力的策略。任何PrP降低治療劑的臨床開發將需要適當的藥效學生物標誌物:用於量化PrP的實用且穩健的方法,並且可靠地證明其在活體患者的中樞神經系統(CNS)中的減少。最近,研究人員評估了基於ELISA的人類腦脊液(CSF)中人類PrP定量的潛力,作為PrP減少治療的生物標誌物。
  • 「摺疊錯誤」的蛋白也有正能量
    通常,細胞內外各類生理生化過程不僅需要特定的功能蛋白質,還需要這些蛋白分子形成相應的高級結構和形狀。因此,蛋白的狀態直接影響機體各類生理生化反應的進行。  以往大量研究表明,蛋白的異常聚集會給細胞和生物體帶來負面影響。蛋白分子是由不分支的肽鏈組成的,從新合成的肽鏈到具有特定三維結構和生理功能的蛋白質,需要複雜精細的肽鏈摺疊和加工過程。
  • 四半胱氨酸探測β摺疊蛋白結構
    (封面圖片:科學家發現四半胱氨酸單位可以作為β摺疊蛋白的結構探測器使用。封面圖為FIAsH標記的大腸桿菌細胞螢光顯微圖,圖中的紫色部分為細胞視黃醇結合蛋白,半胱氨酸用黃色小球表示。) 監控蛋白會在各種複雜的環境中發生蛋白摺疊,如細胞內部,而當存在結構敏感的光譜信號的時候,以上摺疊過程就將變得更加容易。
  • 科學家繪製蛋白表達到降解過程圖譜
    近日來自德國慕尼黑工業大學(TUM)物理學家們通過新技術捕獲了單個蛋白質分子的末端序列,並直接連續追蹤了這一蛋白分子去摺疊和復摺疊的完整過程,由此繪製出了從表達到降解整個過程中中間體結構和動力學狀態的複雜網絡圖譜
  • 合成端粒酶主要蛋白結構被揭開
    加利福尼亞大學洛杉磯分校的生化學家近日繪製出合成端粒酶(核糖體蛋白酶)的主要蛋白質及RNA(核糖核酸)的結構,從而揭示了這種對於醫治癌症與衰老具有十分重要意義的酶的合成機理
  • PNAS:木葡聚糖(一種豐富的植物細胞壁多糖)的合成需要CSLC功能
    雖然XyG的結構已經得到了很好的研究,但關於它的生物合成仍有很多需要了解的地方。在這裡,我們利用反向遺傳學來研究擬南芥纖維素合成酶樣-C(CSLC)蛋白在XyG生物合成中的作用。我們發現,在5個擬南芥CSLC基因中每一個都含有T-DNA的單個突變體具有正常的XyG水平。
  • Mol Cell:蛋白質合成過程中分子伴侶的新功能
    2012年8月27日 訊 /生物谷BIOON/ --近日,來自海德堡大學的分子生物學家們通過研究揭示了蛋白質合成過程中分子伴侶的新功能,相關研究成果刊登在了近日的國際著名雜誌Molecular Cell上。細胞中的蛋白質是由核糖體來產生的,核糖體是大的分子機器,負責將遺傳信息翻譯成為長鏈的胺基酸分子。
  • PNAS:新技術使DNA合成過程可視化
    近日,國際著名雜誌《美國國家科學院院刊》PNAS刊登了瑞士蘇黎士大學的研究人員的最新研究成果,科學家們研發了一種新物質,可用來標記和觀察動物體內的DNA合成過程。該技術的應用為藥物研發提供了新策略。詳細了解動物體內DNA和蛋白質等大分子合成是理解生物系統和設計疾病治療策略的必要條件。
  • Cell Reports:蛋白質摺疊過程中關鍵作用因子的發現
    蛋白質是細菌的分子結構單元和功能組件,和生物代謝過程息息相關,為了完成正常的生理過程,蛋白質需要被摺疊成三維的複雜立體結構形式,近日,來自德國馬克思普朗科生物化學研究所(MPIB)的研究人員分析了在蛋白質摺疊過程中的一個關鍵因子,即分子伴侶DnaK,研究者Ulrich Hartl表示,理解蛋白質摺疊過程中的分子機制,尤其是摺疊錯誤,對於了解很多疾病發病的分子機制很有必要。
  • PNAS:控制水楊酸合成的ICS1基因
    文章闡述了SARD1和CBP60g在轉錄水平調控ICS1的表達,影響水楊酸的合成和系統獲得性抗性。水楊酸是植物局部和系統獲得性抗性所需的防禦信號。ICS1在水楊酸合成途徑中起了關鍵的作用,病原菌的侵染導致ICS1表達從而誘導SA的合成。本文中我們發現在ICS1誘導和水楊酸合成途徑中兩個關鍵的調控因子SARD1和CBP60g。
  • ...顏寧團隊連續發表5篇Cell/Nature,提出了通用的解析膜蛋白的方法
    約30%的編碼基因編碼的膜蛋白(MPs)在眾多生理過程中起著至關重要的作用。膜蛋白是超過FDA批准藥物一半的靶標藥物。需要在近乎生理條件下對功能性膜蛋白進行高解析度的結構研究,以提供深入的機理理解並促進藥物發現。隨著單粒子冷凍顯微鏡(cryo-EM)的解析度革命,分離的膜蛋白的結構闡明已取得了快速進展。
  • PNAS:帕金森病並不是一種朊病毒病,而是一種澱粉樣變性病
    所有蛋白都摺疊成決定功能的複雜結構。朊病毒(prion)是錯誤摺疊的可傳播的蛋白,它們會破壞神經組織,並且是幾種影響人類和動物的災難性但罕見的疾病---海綿狀腦病(spongiform encephalopathies)---的原因。
  • 膜間伴侶複合物促進膜蛋白生物合成
    膜間伴侶複合物促進膜蛋白生物合成 作者:小柯機器人 發布時間:2020/8/21 15:52:10 英國MRC的分子生物學實驗室Ramanujan S.