感染性蛋白質的光明面應激傳感器促進酵母細胞的存活
朊病毒是自我繁殖的蛋白質聚集體,可以在細胞之間傳播。聚集體與人類疾病有關。事實上,病理性朊病毒會導致瘋牛病和人類Creutzfeldt-Jakob病。朊病毒樣蛋白的聚集也與ALS中的神經變性有關。朊蛋白樣蛋白質中負責其聚集的區(qū)域被稱為朊病毒樣結構域。盡管朊病毒樣結構域在人類疾病中具有重要作用,但生理功能仍然是神秘的。馬克斯普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所(MPI-CBG),德累斯頓工業(yè)大學生物技術中心(BIOTEC)和美國圣路易斯華盛頓大學的研究人員現(xiàn)已首次發(fā)現(xiàn)良性,盡管朊病毒結構域的生物學相關功能是蛋白質特異性應激傳感器,它允許細胞適應并承受環(huán)境壓力。揭示生理功能是縮小理解朊病毒結構域的生物學作用及其轉變?yōu)椴±硇灾虏顟B(tài)的差距的重要的第一步。這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在“科學”雜志上。
朊病毒樣蛋白的聚集與人類疾病有關。它們的感染行為與病毒感染的傳播相當。這提出了為什么進化能夠保留這些蛋白質的問題:這些序列對任何事物都有益嗎?在他們的研究中,來自MPI-CBG的研究小組負責人Simon Alberti教授的研究小組專注于酵母朊病毒蛋白Sup35,后者作為朊病毒研究的榜樣具有悠久的歷史。他們發(fā)現(xiàn)Sup35的朊病毒結構域就像一個壓力傳感器,當細胞暴露在惡劣的條件下時會觸發(fā)保護性蛋白質液滴和凝膠的形成。
當細胞受到壓力時,例如因為它們缺乏營養(yǎng),它們的能量水平就會下降。這導致細胞溶質pH值降低 - 細胞酸化。作為響應,細胞分裂停止,新陳代謝停止,細胞進入待機模式。當壓力結束時,細胞必須迅速重新編程其代謝并重新開始生長和分裂。Simon Alberti教授及其同事發(fā)現(xiàn),Sup35朊病毒結構域對于壓力存活非常重要。“我們發(fā)現(xiàn)缺乏朊病毒結構域的細胞在從壓力中恢復時會出現(xiàn)生長缺陷”,該研究的第一作者Titus Franzmann總結道。科學家們發(fā)現(xiàn),Sup35的朊病毒結構域可以感知細胞質的酸性pH,然后驅動蛋白質液滴的形成,從而保護Sup35免受損傷。“
從進化的角度來看,Sup35凝聚物非常有趣,因為它們在近4億年前發(fā)散的遠緣相關酵母中是保守的。這表明液滴和凝膠形成可能是Sup35朊病毒結構域的祖先功能。Titus Franzmann得出結論:“該研究表明,朊病毒結構域是蛋白質特異性應激傳感器,可以讓細胞對特定的環(huán)境條件做出反應。這樣,我們就可以首次證明朊病毒結構域的正功能通常只與引起疾病的聚集體有關。也許這就是為什么進化已經讓它們保持這么久的原因。“
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