Cell:解析扁菱形蛋白酶--最缓慢的蛋白酶

Cell:解析蛋白切割器

日前,来自约翰霍普金斯医学院的科学家在《细胞》(Cell)杂志上报告称,他们首次阐明定位在细胞膜内的一类重要酶的内部运作机制。

令研究人员非常感到惊讶的是,这些称作为扁菱形蛋白酶(rhomboid protease)的蛋白切割器,完全不同于研究的几乎所有其他类型的酶,它们对于所切割的蛋白质没有吸引力,极其缓慢地完成它们的切割。研究人员表示,这一发现或许可以解释,到目前为止针对与帕金森病和寄生虫感染有关的这些酶设计靶向药物所付出的努力一直失败的原因。

研究人员表示,正是这些对于大多数酶而言有可能是个问题的特性,赋予了扁菱形蛋白酶在细胞中的独特功能。这项结果表明,为了能够捕获和切割细胞膜中所有的不稳定蛋白质,扁菱形蛋白酶必须无差别地“盘查”它们,它们的切割速度极慢确保了稳定蛋白能够逃脱不受损伤。(汉恒生物:腺病毒-慢病毒包装专业服务供应商)

 

酶其本质上是一类可修饰诸如蛋白质等一些分子的蛋白。在比较酶的过程中,科学家们分析了它们的效率,证实其取决于两个因素:酶与它的“猎物“之间的吸引力,以及酶完成其修饰的速度。

大多数的酶是在水性环境中起作用,在实验室研究它们相对容易。而作为细胞内外分界的油性脂质分子层是一种截然不同的环境。它较厚,缺乏酶运作通常所需的水;它是平面结构,限制了酶和猎物的定位。尽管存在这些差异,许多的研究人员都认为所有的酶都是以相同的方式起作用,不管它们是定位在水性或是油性环境中。

为了探讨这一假设,研究人员必须要测试扁菱形蛋白酶的速度。采用传统的方法来检测一种膜酶的速度,有点像人们在一个无法看到的、一英里长的隧道内开始赛跑。研究人员指出:“我们没有工具让我们看到比赛的开始,此时这些酶最快速,并且才刚启动它们的工作。”

为了克服这一困难,研究人员第一次通过在酸性条件下设定“比赛”让这些酶同步。酸性条件会让扁菱形蛋白酶失活,以这种方式研究人员可以关闭和挡住酶,直至他们准备好监控比赛时才中和酸性。

研究人员目睹了最慢的酶。它们花费了两分半钟时间来完成一次切割,而大多数酶只需要百分之一秒。除了缓慢,这些酶没有像大多数酶那样,对某些蛋白显示出胜过其他蛋白的吸引力。

尽管这些研究结果令人惊讶,研究人员认为存在一种合理的解释。通常情况下,扁菱形蛋白酶有可能是充当了质量控制酶,在不稳定的蛋白对生物体造成损害之前切碎它们。在水性环境中,不稳定的蛋白相当不稳定,容易被其他的质量控制酶识别和破坏。在油性环境中识别不稳定的蛋白更加的困难,因为脂质分子支持了这些蛋白,赋予了它们稳定的表象。

根据以往的研究,这组研究人员知道扁菱形蛋白酶就像一些装满水的桶子有一些侧门让蛋白质进入。最新的研究表明,稳定和不稳定的蛋白以同样的方式进入侧门。稳定的蛋白有可能保持完整,在这种酶的慢速剪刀获得机会剪切它们之前移回到细胞膜中,而不稳定蛋白质开始在水性内部摆动,很难退出酶的桶外。在那里,酶将剪切它们,使得细胞能够将它们作为备用零件回收。

研究人员希望这种新的酶同步技术和我们生成的一些见解,将会广泛应用于所有的膜内酶。他们指出有些膜内酶与从阿尔茨海默氏症、白血病到病毒、细菌和真菌感染等各种疾病有关。例如,γ分泌酶是就一种负责加工β-淀粉样蛋白的膜酶。在错误的地方剪切β-淀粉样蛋白似乎导致了阿尔茨海默氏症患者大脑中的蛋白质团块。正确理解膜酶对于找到改变它们行为的药物至关重要。

原文检索:(文章来源:生物360

Seth W. Dickey, Rosanna P. Baker, Sangwoo Cho, Siniša Urban. Proteolysis inside the Membrane Is a Rate-Governed Reaction Not Driven by Substrate Affinity. Cell, 5 December 2013; DOI: 10.1016/j.cell.2013.10.053

Chinese, Simplified