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        科學(xué)家剖析并重新設(shè)計基于蛋白質(zhì)的圖案形成
        
			
        
				2019-11-27 10:30:30
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        探究蛋白質(zhì)的功能部分或“基序”，已幫助科學(xué)家確定了蛋白質(zhì)形成生物學(xué)模式所需的最少成分。
        

        研究人員在《eLife》雜志上發(fā)表文章，描述了他們?nèi)绾螌⒌鞍踪|(zhì)模式形成的生物學(xué)現(xiàn)象分解為主要功能模塊，然后以全新的方式從頭開始重建這一過程。
        

        科學(xué)家剖析并重新設(shè)計基于蛋白質(zhì)的圖案形成
        

        蛋白質(zhì)自組織形成活細(xì)胞中的模式，這對于關(guān)鍵功能(例如細(xì)胞分裂，通訊和運動)至關(guān)重要。一個明顯的例子是大腸桿菌(E. coli)的MinDE系統(tǒng)。該系統(tǒng)在桿狀細(xì)菌的兩個極點之間產(chǎn)生兩種蛋白質(zhì)類型MinD和MinE的振蕩，從而將細(xì)胞分裂的機器定位到中細(xì)胞。它可以在實驗室中重建，從而使科學(xué)家可以控制和操縱通過蛋白質(zhì)突變形成模式所需的功能元件。
        

        “由于其簡單性，MinDE系統(tǒng)在理解基于蛋白質(zhì)的模式形成機理方面具有不可估量的價值，” Philipp Glock博士說。他是德國慕尼黑馬克斯·普朗克生物化學(xué)研究所的學(xué)生，并與慕尼黑路德維希·馬克西米利安大學(xué)的弗里德喬夫·布勞恩斯和雅各布·哈拉特克共同擔(dān)任主要作者。“仍然存在的關(guān)鍵問題是，是否可以進一步降低這種結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性，以揭示出形成圖案所需的最少成分。”
        

        為了回答這個問題，格洛克和他的同事們創(chuàng)建了MinE的簡約版本，該MinE 通過在理論建模的指導(dǎo)下將蛋白質(zhì)分解為一組核心功能基序，從而在兩種蛋白質(zhì)的MinDE系統(tǒng)中發(fā)揮了對抗作用。一個基序，MinE用于與MinD相互作用的短螺旋氨基酸序列，不足以單獨產(chǎn)生模式。但是，一次添加一個MinE的其他功能性基序，使科學(xué)家能夠完全設(shè)計出新的最小化模式形成蛋白突變體。
        

        研究小組發(fā)現(xiàn)至少需要一個其他功能性圖案才能形成圖案。這可以是與膜結(jié)合的基序，也可以是與相同種類的其他分子結(jié)合的二聚基序。這些主題均不需要來自本地MinE，但可以替換并可能進一步簡化。
        

        然后，數(shù)學(xué)建模使作者可以解釋為什么需要這些功能以及它們?nèi)绾问鼓Ｊ叫纬?。此外，他們預(yù)測了這些模式如何適應(yīng)大腸桿菌中的細(xì)胞形狀。研究小組說，測試這些預(yù)測是未來實驗的一個令人興奮的目標(biāo)。
        

        馬克斯·普朗克細(xì)胞與分子生物物理學(xué)系主任Petra Schwille博士說：“我們的工作為模塊化和可調(diào)節(jié)的實驗平臺提供了一個起點，從而可以自下而上地設(shè)計基于蛋白質(zhì)的圖案形成。”生物化學(xué)研究所，與資深物理學(xué)家歐文·馬克西米利安斯大學(xué)的理論物理學(xué)家歐文·弗雷(Erwin Frey)共同撰寫。她補充說，盡管新系統(tǒng)創(chuàng)建的模式比本地MinDE系統(tǒng)形成的模式不規(guī)則，但它們?nèi)匀蛔阋栽佻F(xiàn)和研究基本的生物學(xué)過程。
        

        現(xiàn)在，該模型可用于研究哪些功能特征，無論特定的蛋白質(zhì)系統(tǒng)如何，都需要結(jié)合起來以實現(xiàn)生物學(xué)中的自組織和模式形成。Schwille總結(jié)說：“我們的模塊化方法還可能為計算機模擬其他類型細(xì)菌以及更復(fù)雜的生物中的模式形成提供必要的數(shù)據(jù)。”
        
			

			
          
        
			
        
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