美國和德國的研究人員剛剛發(fā)現(xiàn)了一種以前被忽視的蛋白質(zhì)分子，它們可能是蛋白質(zhì)如何在活細胞內(nèi)相互作用以實現(xiàn)特殊功能的關(guān)鍵。

研究人員在蛋白質(zhì)界面的外邊緣發(fā)現(xiàn)了一小部分分子材料 - 他們將其命名為“附加物” -定制蛋白質(zhì)可以做什么。他們之所以選擇這個名稱，是因為附加組件可以自定義蛋白質(zhì)之間的界面，就像軟件附加組件定制用戶的Web界面一樣。

雖然人們早就知道蛋白質(zhì)具有與其他蛋白質(zhì)連接的界面區(qū)域，但尚不清楚關(guān)鍵蛋白質(zhì)如何能夠在擁擠的細胞環(huán)境中找到彼此，其中可能含有數(shù)以萬計的其他蛋白質(zhì)。

現(xiàn)在，俄亥俄州立大學(xué)和雷根斯堡大學(xué)的研究人員在“美國國家科學(xué)院院刊”上報告說，它是一種附加物，可以讓蛋白質(zhì)專門與合適的專業(yè)伙伴聯(lián)系。

弗洛里安·布施是俄亥俄州立大學(xué)化學(xué)和生物化學(xué)博士后研究員，也是該研究的共同作者，他稱蛋白質(zhì)附加物的存在是“以前未知的基本驅(qū)動原理”，以確保蛋白質(zhì)以特定方式相互作用。

研究人員對活細菌進行了實驗，證明了附加物對正常細胞功能的重要性。例如，他們確定在生物體枯草芽孢桿菌中，缺乏獨特的界面附加物，在某些條件下細菌菌落的生長率降低了80%。其原因是缺失的界面附加導(dǎo)致枯草芽孢桿菌細胞中蛋白質(zhì)的不健康的交叉相互作用。

正如我們所知，很難夸大蛋白質(zhì)對生命的重要性。酶是能夠在細胞中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)?？贵w是與體內(nèi)外來入侵者結(jié)合的蛋白質(zhì)。該列表繼續(xù)包含數(shù)千個關(guān)鍵功能。在大多數(shù)情況下，蛋白質(zhì)必須相互連接并形成稱為蛋白質(zhì)復(fù)合物的組，以執(zhí)行這些不同的任務(wù)。

但究竟蛋白質(zhì)如何能夠完成它們所做的一切都是一個謎 - 一個植根于數(shù)學(xué)和幾何學(xué)的謎。有20種已知的氨基酸以長鏈連接在一起然后折疊形成蛋白質(zhì)。它是決定蛋白質(zhì)通用形狀或幾何形狀的折疊。盡管在自然界中僅存在約1,000種已知的蛋白質(zhì)幾何形狀，但是蛋白質(zhì)以某種方式能夠形成能夠執(zhí)行數(shù)十萬種非常特定功能的復(fù)合物。

雷根斯堡大學(xué)論文和生物化學(xué)家的主要作者馬克西米利安·普拉奇解釋了研究人員如何知道解決這個問題的方法。

“人們已經(jīng)做了很多工作來分析蛋白質(zhì)如何相互作用，界面是什么樣的，它們是如何構(gòu)建的，以及它們是如何進化的，”他說。“但是界面的周邊區(qū)域并沒有受到太多的關(guān)注。我認(rèn)為我們的方法中的新穎之處在于看看那些迄今為止被認(rèn)為不那么重要的區(qū)域。”

Regensburg團隊由計算生物學(xué)家Rainer Merkl和蛋白質(zhì)生物化學(xué)家Reinhard Sterner領(lǐng)導(dǎo)，在大型計算機集群上分析了來自超過15,000個細菌和古細菌基因組的蛋白質(zhì)序列。他們將具有共同進化祖先的蛋白質(zhì)分類為一種家族樹，并將單個蛋白質(zhì)與其蛋白質(zhì)“親屬”進行比較。這就是他們?nèi)绾伟l(fā)現(xiàn)某些蛋白質(zhì)中存在的界面結(jié)構(gòu)但是在其他蛋白質(zhì)中缺失的附加結(jié)構(gòu) - 附加組件。

Busch和Vicki Wysocki，俄亥俄州大分子結(jié)構(gòu)和功能的杰出學(xué)者和俄亥俄州立大學(xué)校園化學(xué)儀器中心的主任，然后使用原生質(zhì)譜檢測附加物的存在和不存在影響蛋白質(zhì)與每種蛋白質(zhì)相互作用的能力。其他。

“我們真的很高興我們的原生質(zhì)譜技術(shù)可以幫助確定這些界面'附加物'的作用 - 即使在擁有相似結(jié)構(gòu)的擁擠細胞環(huán)境中，蛋白質(zhì)也可以找到其關(guān)鍵的伴侶蛋白，”Wysocki說過。

對于Busch來說，這項研究真正令人興奮的事情之一是研究人員使用“大數(shù)據(jù)” - 在這種情況下，整個蛋白質(zhì)和基因組數(shù)據(jù)庫。

“我認(rèn)為我們的工作是如何利用公開數(shù)據(jù)來理解自然界中的基本原則的一個重要例子，我認(rèn)為數(shù)據(jù)挖掘在未來的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒆兊迷絹碓街匾?rdquo;他說。