后热休克蛋白聚合是一个组织,可逆反应

蛋白质聚集形成细胞暴露于高后,非致命的温度似乎是有组织的对压力的反应的一部分,而不是破坏途中受损蛋白质的积累。芝加哥大学和哈佛大学的科学家们发现,聚合是完全可逆的,细胞恢复正常温度后,聚合的蛋白质进行恢复其正常的细胞功能。一些蛋白质被发现保持不变甚至在一个聚合状态功能。

这些发现揭示蛋白质总量的生物学性质,已被广泛认为是有毒的终端产品,但越来越被认为是新一层的细胞组织。

“我们问简单的问题:蛋白质在细胞中总在急性热休克细胞复苏时,会发生什么?”高级研究作者d·艾伦·德拉蒙德说,博士,生物化学和分子生物学助理教授在芝加哥大学。“令我们吃惊的是,我们发现即使是最严重的聚合的蛋白质分解和回到循环在复苏。它提出了一个可能性,这些聚集,这样子伤害之前,实际上可能是一个协调的一部分,进化过程。”

尽管几十年的调查,许多问题仍然存在如何应对热休克细胞。当接触压力,但不致命的温度,一些细胞蛋白聚合成一大团称为压力颗粒。突变细胞系的研究表明,某些类型的压力颗粒被破坏的细胞和蛋白质成分可能重塑。Artificially-introduced热敏性蛋白质,以及新蛋白质,已经被证明是aggregation-prone和被细胞热休克。但是否相似命运降临的绝大多数蛋白质在正常细胞仍不清楚。

观察热休克蛋白质对本地人口的影响,德拉蒙德和他的同事们利用一套新颖的技术,同时允许他们追踪近1000种不同的成熟蛋白酵母细胞。团队接触细胞温度范围从30°C(正常)46°C(严重的热休克),时间很短,从两到八分钟。然后他们测量蛋白质聚合工具,包括质谱。

研究人员发现超过175种不同的蛋白质,聚合热休克,代表六分之一左右的蛋白质测量和大约10倍。特定的蛋白质形成的颗粒在特定的和单独的细胞位置,表明组织层次。然而,该小组还发现,聚合发生在许多情况下,压力颗粒没有形式,表明聚合和颗粒的形成是相关但独立的进程。

最大的意外是当团队看着聚合蛋白的命运。蛋白质是用同位素标记——类似于碳年代测定法的技术为考古发现,随后细胞经历了热休克和恢复。他们发现聚合的蛋白质进行分解和恢复其原始功能细胞恢复正常温度后无一例外。同位素标记排除聚合的蛋白质被降解的可能性,取而代之的是新的蛋白质,也就是无标号。

团队然后在三感兴趣的蛋白质进行了详细的分析,在正常情况下形成一个复杂的连接氨基酸转移rna(图示)。当孤立和测试他们的反应热量,这些蛋白质容易聚合。但即使是在一个聚合状态严重的热休克后,他们成立了一个功能仍然积极地、准确地处理复杂的图示。

“与被观察到在很多研究中对外国蛋白质和突变细胞,拆卸本机聚集在正常细胞热休克后基本上是完成在这些条件下,”德拉蒙德说。“聚合可能使绝大多数蛋白质失去活性,但值得注意的是,一些聚合时可以保持活跃。所有这一切都表明了需要重新考虑生物聚合在热休克”的意思。

根据以前的工作和自己的结果,德拉蒙德和他的同事推测,在热休克蛋白聚合的一个中心目的是重塑的细胞工厂,蛋白质合成关注蛋白质需要在压力。在某些情况下,作者假设,蛋白质作为自治温度计和致动器,感应加热和自组装来激活或禁用某些细胞功能。

“燥热引起聚合的所有特征的适应性反应,”研究作者爱德华·华莱士说,博士,博士后学者在芝加哥大学的生物化学和分子生物学。“我们的发现表明一层细胞机制,感官和制定这些决策形成特定的聚集在特定的地点和时间。”

这些发现也提出有趣的问题蛋白质总量的本质,是在广泛的神经退行性疾病。团队正在研究更好地理解聚合物的生物功能,尤其是在他们的角色作为细胞功能的监管机构。他们也开始利用感温部分蛋白质的生物技术应用,像是从另一个分离的一种分子的转变温度。

“通过谨慎,现代看一个老问题,我们得到了令人吃惊的结果,改变我们的思维方式不仅对热休克,而是细胞如何感知和响应环境在分子水平上,”德拉蒙德说。“这有什么值得研究的基本过程的生物学”。