Structure:科學家成功利用超級計算機闡明細胞膜關閉促癌蛋白表達...

2020-11-25 生物谷

圖片來源：www.phys.org

2017年4月6日 訊 /生物谷BIOON/ --最近，一項發表在國際雜誌Structure上的研究報告中，來自凱斯西儲大學醫學院的研究人員通過研究利用超級計算機闡明了細胞膜控制主要促癌蛋白形狀以及功能的分子機制，這種蛋白是一種名為K-Ras的小型酶類分子，其能夠吸附到細胞膜上，並且能夠感知來自細胞外部的信號分子。

在癌症發生期間，功能失調的K-Ras會激活細胞內部的蛋白，隨後誘發腫瘤生長以及癌症轉移，K-Ras的功能類似於一種總愛惹麻煩的分子開關，其在很多癌症中會一直處於開啟狀態，尤其是胰腺癌，本文研究不僅闡明了如何利用一種新方法來研究K-Ras的功能，還闡明了如何利用蛋白質的幾何學特性來解釋其在癌症進展過程中扮演的角色。

文章中，研究者解釋了細胞膜中的脂肪和電荷如何完全改變K-Ras的方向，一種特殊類型的脂質水平過高就會轉變K-Ras，使其活性部分遠離細胞膜而進入到細胞中，在細胞中其就會傳遞促癌信號，而其它細胞膜脂質會幫助把驅動癌症蛋白質的其它部分藏起來，從而使其與細胞膜親密接觸而變得不活躍。

Matthias Buck博士說道，實驗研究發現，促癌蛋白K-Ras在細胞膜中的定位或許和其功能有著重要的關聯，而一種名為PIP2的特殊類型的膜脂會對蛋白質進行重新定位使其更加具有活性，而且會誘發癌症發生。限制細胞膜中PIP2的濃度或許就能夠使得突變的K-Ras蛋白隱藏起來，而特定的細胞信號脂質也會改變致癌Ras蛋白的活性，這也就表明，通過抑制在細胞中製造特殊信號脂質的酶類或許就有望幹擾腫瘤的進展。

這項研究中，研究人員深入解析了K-Ras蛋白的結構，同時闡明了該蛋白與細胞膜之間的相互作用機制；研究者將蛋白質置於不同的細胞膜上，並在計算機模擬的情況下對所有五種K-Ras定位進行了研究，每一種模擬都能夠幫助研究人員預測K-Ras蛋白如何進行自旋和定位來適應細胞膜的位置，同時還能夠幫助預測每一種細胞膜表面的電荷範圍。

研究者Buck指出，諸如這樣的實時模擬需要巨大的計算能力，而我們非常有幸能夠使用一種特殊的計算機（Anton）來進行分子動力學的模擬。長期以來，K-Ras一直被認為是藥物設計的頭號靶點，但本文研究發現，蛋白質有害的物理特性或許取決於其細胞膜的環境，而這將能夠幫助研究人員進行更深層次的癌症預防探索性研究。K-Ras與細胞膜之間相互作用的特性或將幫助研究人員進行多個不同方向的藥物設計開發，相比直接靶向作用K-Ras靶點，有時候重點研究細胞膜或許會取得更多的研究成果。（生物谷Bioon.com）

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原始出處：

Zhen-Lu Li, Matthias Buck. Computational Modeling Reveals that Signaling Lipids Modulate the Orientation of K-Ras4A at the Membrane Reflecting Protein Topology. Structure, (2017), doi:10.1016/j.str.2017.02.007.

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