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新的分析揭示了允许某些蛋白质感染其他蛋白质的生物物理特性

2019-04-11 15:12:25 • 来源：

斯托尔斯医学研究所的科学家已经确定了被破坏的蛋白质在细胞内传播的物理基础。他们的研究结果发表在2018年7月5日的科学期刊Molecular Cell上。

新的分析揭示了允许某些蛋白质感染其他蛋白质的生物物理特性

朊蛋白是可以采用不同结构形状的蛋白质，可以将自身繁殖到其他蛋白质。朊病毒与年龄相关的神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和帕金森病有关。然而，最近的研究表明，朊蛋白对正常细胞过程也很重要，包括抵抗病毒的免疫反应。

Stowers助理研究员Randal Halfmann博士及其实验室成员在寻求了解究竟是什么使蛋白质成为朊病毒的过程中，专注于朊病毒形成的第一个事件，称为成核。他们设计了一种强大的新型基于细胞的荧光测定法，称为分布式Amphifluoric FRET(DAmFRET)，以确定面包酵母细胞中表达的蛋白质成核的一些关键生物物理特性。

Halfmann和团队成员确定朊蛋白形成蛋白质的关键特性是将它们与其他蛋白质区分开来，这是它们变得超饱和的能力。“与其他蛋白质在细胞内充分浓缩后开始聚集的蛋白质不同，朊蛋白形成的蛋白质反而保持可溶性，只有当少数分子中非常罕见的随机波动提供模板时才会聚集，”Halfmann说。

Halfmann描述朊病毒的形成类似于手部保暖包的作用，该手提包产生热量来温暖冷手。包装含有用乙酸钠盐超饱和的水溶液。在塑料袋内弯曲金属盘将一些盐分子排列成结晶形状。成核 - 手部加热器内第一个微小晶体的产生 - 为所有其他盐分子结晶提供了一个模板。分子涌入生长晶体所释放的能量产生的热量使冷手变暖。

在这项研究中，研究人员发现朊病毒形成的蛋白质很像盐晶体 - 它们最终聚集在一起，但只是在一种非常特殊的排列中，很少发生自发现象。“关键数量的蛋白质以正确的方向自发地相互碰撞的可能性非常低，”开放大学博士后研究员Tejbir S. Kandola解释说，他在斯托默斯研究所与Halfmann进行了论文研究。

由于缺乏定量分析，先前对朊病毒的研究受到阻碍。使用DAmFRET，Halfmann实验室成为第一个成功测量成核频率的研究小组，它是细胞内蛋白质浓度的函数。他们现在正在使用该方法研究如何对负责阿尔茨海默氏症和其他脑部疾病的朊病毒样蛋白进行成核。Halfmann和他的实验室一直在与其他学术研究中心的科学家分享这种方法。“大多数实验室没有足够的设备和吞吐量来使用我们的规模和分辨率的DAmFRET。所以我们很高兴通过测试他们正在调查的蛋白质与外部科学家合作，”Halfmann说。

该研究的其他Stowers作者包括Tarique Kahn，博士，吴建政，Shriram Venkatesan，博士，Ellen Ketter，Jeffrey J. Lange，博士，Alejandro Rodriguez Gama，Andrew Box，Jay R. Unruh ，博士和马尔科姆库克。

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