对细胞通讯重要的人类蛋白质类似于细菌毒素

在人类的胚胎发育和神经系统布线中起重要作用的蛋白质似乎是从细菌中借来的。在2018年4月19日发表在Cell上的一项研究中，芝加哥大学和斯坦福大学的科学家首次描述了称为teneurins的三维蛋白质结构。

蛋白质在帮助细胞相互沟通方面发挥着至关重要的作用。Teneurins位于细胞表面并与其他细胞表面的其他蛋白质结合。他们参与了几个过程，包括胚胎发育，将神经细胞轴突引导到正确的位置以与其他神经细胞建立联系，并帮助形成这些连接或突触。

然而，teneurins的结构与细菌毒素的结构最接近，而不是与其他具有相似功能的蛋白质相似。这是唯一已知的具有这种结构的人类蛋白质。

“细胞表面有许多蛋白质对粘附很重要，它们都具有特征结构。但到目前为止，我们还不知道这些神经质的含义是什么，”生物化学和分子生物学助理教授DemetAraç博士说。在UChicago和该研究的资深作者。“没有其他真核蛋白与此类似，因此它与细菌毒素的相似性是不寻常的。”

基于其基因序列，研究人员得知，teneurins类似于细菌毒素，细菌用来攻击的毒素分子和宿主细胞。来自斯坦福的Araç和Georgios Skiniotis使用高分辨率电子显微镜来定义人类版本的teneurin蛋白质的结构。当他们将其与其他蛋白质结构的参考数据库进行比较时，它最类似于具有桶形和螺旋桨状突起的细菌毒素。

这种毒素可能在进化史的早期就被纳入多细胞生物体。Choanoflagellates是最早被认为演变成多细胞真核生物的单细胞生物之一，具有类似teneurin的蛋白质。细菌很可能将它们的一些基因转移到早期的鞭毛虫中，后者选择它们作为自己的基因组。随着这些简单的生物进化成更复杂的物种，从那以后，原始的毒素样蛋白质一直被保存。

一旦结构得到解决，Araç和她的同事们也想了解teneurin在发育过程中和神经系统中如何发挥如此多的不同功能。他们怀疑它可能与它与毒素的相似性有关 - 也许它借用了细菌用于感染细胞的一些相同工具，并将它们用于附着并与其他细胞通信。

称为选择性剪接的遗传过程也可以帮助teneurins执行各种任务。可变剪接或差异剪接是导致编码多种蛋白质的单个基因的过程。在此过程中，可以在由该基因产生的最终信使RNA(mRNA)中包括或排除称为外显子的基因的小片段。这些不同的mRNA反过来转化为可以执行各种功能的蛋白质的替代版本。

Araç和斯坦福大学的另一位合作者ThomasSüdhof创造了两种不同的，拼接的拼接技术并测试了它们的功能。只是微小的差异--2,500种氨基酸中的7种 - 产生了不同。缺乏七种特定氨基酸的一种版本的teneurin可以粘附细胞受体，这对细胞之间的信号传导很重要。含有这七种氨基酸的另一种版本的teneurin不能粘附这种受体。相反，它促进了神经细胞之间突触的形成。

“通常有不同的蛋白质在神经系统中做不同的事情。一个是轴突寻路，另一个是突触形成，另一个是脑发育等，”Araç说。“这是teneurins如何通过使用不同的，拼接的异构体来完成许多不同的事情的一种解释。”

现在，teneurins的结构很清楚，Araç说，她和她的博士后学者，该研究的主要作者之一Jingxian Li博士希望继续研究这些蛋白质如何发挥它们的许多不同作用。

“我们的大脑和神经系统中的细菌含有这些分子，这仍然是非常令人惊讶的，但我们仍然不知道他们在做什么，”她说。“所有这些虫都会侵入人类。我们不仅仅是人类。”

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