Cell子刊解开长期的生物学奥秘

中间丝蛋白（IFs）存在于人体的每个细胞中，提供结构支持并防止起泡、白内障和老年痴呆症等疾病。然而，在昆虫中，IFs却不知所踪。科学家认为，在昆虫中，另一种蛋白接管了关键的IF功能，但到底是什么样的蛋白、从哪里开始寻找，一直是一个谜。最近，加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）开展的一项新研究，可能已经解决了这个难题。

生物通报道：中间丝蛋白（IFs）存在于人体的每个细胞中，提供结构支持并防止起泡、白内障和老年痴呆症等疾病。然而，在昆虫中，IFs却不知所踪。科学家认为，在昆虫中，另一种蛋白接管了关键的IF功能，但到底是什么样的蛋白、从哪里开始寻找，一直是一个谜。

最近，加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）生物学家Denise Montell和她研究小组开展的一项新研究，可能已经解决了这个难题。他们在果蝇中发现了一种蛋白质，展现出IF样的特性。一种不寻常形式的原肌球蛋白，存在于它们研究的每一个细胞类型中。他们的这一研究结果发表在《Cell Reports》杂志上。点击阅读更多生物学谜题研究：eLife：一个长期生物学假说获新证；哈佛研究推翻长期持有的生物学假设；院士Science解开长期生物学谜题。

UCSB分子、细胞和发育生物学系的Montell教授指出：“信不信由你，果蝇和人类有很多共同的蛋白质，包括传统的原肌球蛋白。”她解释说：“进化从原肌球蛋白开始，并将其演变为一种全新的蛋白质，具有不同特性。像IFs——但不同于正常的原肌球蛋白，这种新的蛋白质使细丝蛋白有着中间的大小。这意味着，它们比F肌动蛋白微丝大，比微管小，这两种都是细胞中另外两种重要的结构细丝蛋白。”这种新型的成丝蛋白可以替代果蝇中的一些中间纤丝。

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正常的原肌球蛋白，从一端到另一端形成一种绳状结构——所谓的卷曲螺旋。这种极瘦的原肌球蛋白绳通常围绕着纤维状肌动蛋白丝卷绕。卷绕只在一个小区域，这个新发现的蛋白版本看起来不像一个正常的原肌球蛋白。

Montell说：“我们知道它不是，但我们想知道它是什么。”她的研究团队在果蝇中研究了生物学许多不同的方面，包括干细胞如何被维持、细胞如何从一地方移动到另一个地方。“被添加到末端的片段提醒我们什么是IF蛋白，所以我们决定开始检测它是否就是果蝇中长期寻找的中间丝状体替代蛋白。”

为了更好地理解这种独特分子的功能，研究人员检查了该蛋白两端的展开区域。一个计算机程序预测，这些区域本质上是无序的低复杂度结构域，从而意味着它们缺乏一个稳定的结构。

Montell解释说：“虽然这个结构——在两端具有本质上无序的结构域的卷曲螺旋，通常类似于IF蛋白，但这种新的原肌球蛋白在细节上不同于IFs。不过，我们想知道，这种非典型性蛋白是否可能有制造长丝的能力，或是否有能力执行IF样的功能。”

德克萨斯大学西南医学中心的一位同事Masato Kato，在试管中产生了这种蛋白质。然后，他改变了像pH和盐浓度这样的条件，作用于不同类型的IF蛋白质。他发现在某种条件下，来自果蝇的典型原肌球蛋白形成了13 - 16纳米宽的丝，此前从未被描述过。

Montell说：“我们发现，这个蛋白质和IF蛋白，尽管序列上有所不同，但是它们的生化行为存在各种各样的相似性。因为我们的蛋白质似乎与IFs蛋白有一些共同的性质，因此它可能回答长期存在的关于‘果蝇如果没有IF蛋白，将如何生存’的问题。但就像任何一个令人兴奋的发现一样，它也提出了更多的问题。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
An Atypical Tropomyosin in Drosophila with Intermediate Filament-like Properties
Summary: A longstanding mystery has been the absence of cytoplasmic intermediate filaments (IFs) from Drosophila despite their importance in other organisms. In the course of characterizing the in vivo expression and functions of Drosophila Tropomyosin (Tm) isoforms, we discovered an essential but unusual product of the Tm1 locus, Tm1-I/C, which resembles an IF protein in some respects. Like IFs, Tm1-I/C spontaneously forms filaments in vitro that are intermediate in diameter between F-actin and microtubules. Like IFs but unlike canonical Tms, Tm1-I/C contains N- and C-terminal low-complexity domains flanking a central coiled coil. In vivo, Tm1-I/C forms cytoplasmic filaments that do not associate with F-actin or canonical Tms. Tm1-I/C is essential for collective border cell migration, in epithelial cells for proper cytoarchitecture, and in the germline for the formation of germ plasm. These results suggest that flies have evolved a distinctive type of cytoskeletal filament from Tm.