核糖體出口處的交換將新生蛋白質(zhì)靶向至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

正常的細胞功能需要準確的機制將新合成的蛋白質(zhì)運輸?shù)礁髯缘募毎鷳B(tài)位。在一項合作研究中，科學家們發(fā)現(xiàn)了新生蛋白質(zhì)如何被轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)——一種通向核膜的膜通道細胞質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。

德國康斯坦茨大學分子微生物學教授ElkeDeuerling博士說：“對生命至關(guān)重要的一個長期懸而未決的問題是，細胞如何設(shè)法產(chǎn)生蛋白質(zhì)，并在合成過程中將它們運輸?shù)秸_的細胞目的地。”這項研究的資深作者。

在《科學》雜志上發(fā)表的一篇題??為“在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白靶向過程中核糖體上信號序列從NAC切換到SRP的機制”的文章中，Deuerling和她的團隊解析了稱為NAC(新生多肽)的蛋白質(zhì)復(fù)合物的分子機制。-相關(guān)復(fù)合物)可逆地與真核核糖體結(jié)合，當新合成的多肽鏈從核糖體隧道中出現(xiàn)時與它們相互作用，并將多肽中編碼的疏水性ER靶向信號序列交給信號識別顆粒(SRP)，一種蛋白質(zhì)-將蛋白質(zhì)靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的RNA轉(zhuǎn)運蛋白復(fù)合物。

NAC充當看門人的角色，使SRP能夠接觸到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的新生蛋白質(zhì)。(埃爾克·杜爾林)

NAC確保只有去往ER的蛋白質(zhì)才會傳遞至SRP。作者表明，目的地不是ER的新生蛋白質(zhì)會被NAC拒絕進入SRP，NAC在此過程中充當看門人的角色。

“我們已經(jīng)知道，兩個因素(稱為NAC和SRP)以及核糖體上合成的新生蛋白質(zhì)中的信號序列對于將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)具有決定性的重要性，但我們不了解它們?nèi)绾蜗嗷プ饔帽舜苏{(diào)節(jié)并確保正確的蛋白質(zhì)靶向，”Deuerling說。“該領(lǐng)域?qū)＜抑g的強有力的國際合作通過揭示NAC-SRP新生蛋白在核糖體上相互作用的分子細節(jié)解決了這個問題。”

早期的研究已經(jīng)確定NAC與核糖體出口處新合成的蛋白質(zhì)相互作用，并與SRP競爭以阻止細胞質(zhì)或線粒體的蛋白質(zhì)最終進入ER。然而，SRP也可以非特異性地結(jié)合沒有ER信號的核糖體，并將其攜帶到ER。到目前為止，尚不清楚NAC如何阻止SRP與任何核糖體結(jié)合，以及如何通過ER靶向信號克服這種拮抗相互作用，以便只有正確的核糖體被轉(zhuǎn)運到ER。

“如果不受控制，SRP會與附近的任何核糖體結(jié)合，然后將其轉(zhuǎn)運到ER，無論當前是否正在生產(chǎn)具有該目的地的蛋白質(zhì)。這將導(dǎo)致無數(shù)的錯誤傳遞，從而嚴重損害細胞的功能和活力，”杜爾林說。

Deuerling的團隊與瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院、英國劍橋MRC分子生物學實驗室(MRC-LMB)和加州理工學院的科學家合作，解決了這個難題。他們通過在試管中混合純化的核糖體、NAC和SRP來模擬體外細胞過程。然后他們將混合物快速冷凍至-150°C，并通過冷凍電子顯微鏡檢查樣品。

這使得結(jié)構(gòu)生物學家和該研究的合著者AhmadJomaa博士和ViswanathanChandrasekaran博士能夠確定在攜帶ER信號的新生肽轉(zhuǎn)移到SRP之前和之后NAC如何與核糖體結(jié)合。這澄清了NAC的看門人機制，但狀態(tài)之間的過渡仍不清楚。

“這種轉(zhuǎn)變是一個高度動態(tài)的過程，無法通過冷凍電子顯微鏡觀察到，”康斯坦茨大學的主要作者MartinGamerdinger博士說。

Gamerdinger及其團隊(博士研究員AnnalenaWallisch和ZeynelUlusoy)進行的高分辨率生化結(jié)合研究表明，合成的蛋白質(zhì)類型控制著NAC與核糖體的相互作用。謝浩軒(Hao-HsuanHsieh)博士對成分之間的結(jié)合強度進行了實驗，結(jié)合計算機輔助3D重建，使團隊能夠破譯NAC排序功能的細節(jié)。

該研究得出的機制模型提出NAC使用兩個具有相反效果的域來控制SRP訪問。NAC的核心球狀結(jié)構(gòu)域可防止SRP與不帶有ER信號的核糖體結(jié)合，而靈活連接的結(jié)構(gòu)域可暫時抓住SRP以允許掃描新生肽。當帶有ER靶向信號的肽從核糖體隧道中出現(xiàn)時，它會破壞NAC的球狀結(jié)構(gòu)域的穩(wěn)定性，從而使SRP能夠與正確的鏈結(jié)合并將其帶到ER。

Deuerling說：“我們的研究揭示了NAC作為看門人的分子功能，只允許SRP進入那些目的地是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的新生蛋白質(zhì)。”

蛋白質(zhì)分選錯誤是許多疾病的機制基礎(chǔ)。杜爾林認為，這項闡明重要細胞過程的研究將有助于推進細胞生物學和生命科學多個領(lǐng)域的研究。

Deuerling和她的合作者，蘇黎世聯(lián)邦理工學院的NenadBan博士、加州理工學院的Shu-ouShan博士和MRC-LMB的RamanujanHegde博士認為，確定NAC是否在核糖體出口處發(fā)揮其他調(diào)節(jié)作用還需要進一步研究。實驗。

“有一個完整的‘歡迎委員會’，包括NAC和SRP，還有許多其他在新蛋白質(zhì)合成過程中與核糖體結(jié)合的因素，”Deuerling說。“下一步將是了解這些作用在蛋白質(zhì)生產(chǎn)線前端的因素如何在空間和時間上進行協(xié)調(diào)，以確保蛋白質(zhì)組的完整性和細胞活力。”

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