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在最近发表在《细胞报告》(Cell Reports)杂志上的一项新研究中，来自马萨诸塞大学阿默斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的一组科学家深入研究了细胞如何抵御压力的奥秘。通过使用细菌细胞，研究人员发现了一种名为ClpX的损伤修复酶，它不仅可以突变来修复多种细胞问题，还可以对细胞能量水平的变化做出反应，以帮助保持细胞健康。
Peter Chien(右)和马萨诸塞大学本科生研究员Oluwabusola Oreofe(左)在Chien实验室进行实验。
在最近发表在杂志上的新研究中，来自马萨诸塞大学阿默斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的一组科学家深入研究了细胞如何抵御压力的奥秘。通过使用细菌细胞，研究人员发现了一种名为ClpX的损伤修复酶，它不仅可以突变来修复多种细胞问题，还可以对细胞能量水平的变化做出反应，以帮助保持细胞健康。
“我们真正感兴趣的是细胞如何对压力做出反应，”这篇论文的资深作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校生物化学和分子生物学教授Peter Chien说。“我们研究一类叫做蛋白酶的酶，它靶向并摧毁细胞内的有害蛋白质。这些蛋白酶可以选择性地识别特定的、个别的蛋白质、单一的蛋白质。但是他们是怎么做到的呢?他们如何在健康的蛋白质和有害的蛋白质之间做出选择?”
为了回答这个问题，Chien和他的合著者将注意力集中在两种特定的蛋白酶上，分别被称为Lon和ClpX，每一种蛋白酶都能精确地识别一种不同的有害蛋白质。长期以来，人们一直认为Lon和ClpX的功能就像钥匙:每一个都只能打开一个特定的锁，而不能打开其他的锁，如果一个细胞缺乏其中任何一个，就会发生严重的副作用。
“如果你曾经有一个非常邋遢的大学室友，”Chien说，“你就知道定期倒垃圾有多重要。失去了Lon蛋白酶就像有了一个从不洗澡、换衣服或清洁的室友。”
但是，在进行了一系列包括从细菌细胞菌落中删除Lon的实验后，Chien的团队开始注意到一些奇怪的事情:一些菌落存活了下来。
这一观察导致了他们的第一个发现:ClpX可以突变来执行类似于Lon的功能，尽管它失去了一些ClpX的能力。这就好比，为了保持宿舍的干净，你开始洗室友的袜子，但不得不牺牲自己的一些干净衣服。
在精确追踪ClpX突变是如何让蛋白酶扩展功能的过程中，研究小组有了第二个发现:野生的、非突变的ClpX可以在适当的条件下履行Lon的一些职责。
事实证明，ClpX对ATP高度敏感，ATP是一种有机化合物，是所有活细胞的能量来源。在正常的ATP水平下，ClpX专注于自己的职责，但在一个特定的，较低的阈值，它也突然开始负担起Lon的清理职责。
“这是对细胞如何工作的基本理解的一个真正的突破，”Chien说。“它改变了规则:细胞能量不仅控制细胞的工作速度，而且还能控制细胞‘如何’工作。”
ATP hydrolysis tunes specificity of a AAA+ protease
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