新发现揭示了细胞如何管理压力——“帮室友洗袜子”

时间:2022年9月29日
来源:Cell Reports

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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。

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?	Peter Chien (r) and UMass undergraduate researcher Oluwabusola Oreofe (l) running experiments in the Chien lab.    

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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