費(fèi)力不討好的事情,哪個(gè)“人”也不會(huì)干。
可是,人的細(xì)胞里卻在天天上演出大力辦小事的戲碼,這種不符合常理的現(xiàn)象讓生物學(xué)家百思不得其解。
3月26日,《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所基礎(chǔ)免疫創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)賈洪林課題組同日本東京大學(xué)教授Noboru Mizushima,以及京都大學(xué)、長(zhǎng)崎大學(xué)等的研究者合作的成果,首次證明蛋白修飾過(guò)程也有更省力、更經(jīng)濟(jì)的機(jī)制。
泛素蛋白和類泛素蛋白(UBLs)都是小分子蛋白,參與多種多樣的細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程,包括蛋白酶體途徑和自噬途徑的蛋白降解,動(dòng)植物機(jī)體的免疫應(yīng)答,動(dòng)植物細(xì)胞內(nèi)的DNA修復(fù)以及信號(hào)傳導(dǎo)等。
這些小分子蛋白通過(guò)異肽鍵共價(jià)結(jié)合到底物分子上,從而對(duì)底物分子進(jìn)行修飾。這個(gè)過(guò)程需要消耗能量——三磷酸腺苷(ATP),并且依賴于泛素激活酶、泛素偶聯(lián)酶、泛素連接酶的作用。
科學(xué)家普遍認(rèn)為,當(dāng)類泛素蛋白與多種底物結(jié)合的時(shí)候,通過(guò)共價(jià)結(jié)合這種消耗能量的機(jī)制可以讓二者之間不必形成相互作用面,結(jié)合也更為牢固。但是,如果類泛素蛋白只和一種底物結(jié)合的時(shí)候,仍舊采用共價(jià)結(jié)合的機(jī)制,同樣也要消耗能量,這種做法對(duì)于一個(gè)有機(jī)體的生存而言是費(fèi)力不討好的。然而,這種現(xiàn)象卻普遍存在于生物體中,包括人類。
盡管科學(xué)家相信有更“經(jīng)濟(jì)”的結(jié)合方式存在,并且努力尋找,但一直沒(méi)有找到直接證據(jù)。
在最新成果中,龐宇等人發(fā)現(xiàn)在弓形蟲和瘧原蟲中,類泛素蛋白ATG12和ATG5以非共價(jià)鍵的形式結(jié)合,并仍然具有促進(jìn)自噬相關(guān)蛋白ATG8酯化的活性。
同時(shí),在原蟲和酵母中也發(fā)現(xiàn)了這一理論的直接證據(jù)。一些酵母(例如Komagataella phaffii)的ATG12和ATG5也存在類似的非共價(jià)結(jié)合。
賈洪林告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,該研究發(fā)現(xiàn)了類泛素蛋白從共價(jià)結(jié)合向非共價(jià)結(jié)合作用的進(jìn)化方式的直接證據(jù),為理解類泛素蛋白分子作用機(jī)制提供了新的依據(jù),進(jìn)一步加深了對(duì)泛素和類泛素蛋白與底物共價(jià)結(jié)合的生物學(xué)意義的理解。
“不過(guò),泛素蛋白和類泛素蛋白與底物結(jié)合的方式大部分是共價(jià)結(jié)合機(jī)制,生物體選擇這種消耗能量的機(jī)制的原因尚未研究清楚?!辟Z洪林說(shuō),對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō),尚有很多未解之謎沒(méi)有答案。