Nat Com：最新研究找到調節心臟及肌肉關鍵蛋白的機理
來自CNIC和哥倫比亞大學的科學家們找出了調節骨骼肌和心肌功能的一種關鍵蛋白的調控機制，相關研究成果于近日發表在Nature Communications上。該研究由CNIC科學家Jorge Alegre-Cebollada教授領導完成，描述了一種調節肌聯蛋白彈性的新機制。據Alegre-Cebollada教授解釋，肌聯蛋白是是全身橫紋肌發揮功能的關鍵蛋白，尤其是心臟：“證據就是肌聯蛋白基因突變是導致影響機體和心臟肌肉功能的疾病的常見病因。”
【肌聯蛋白基因突變是導致影響機體和心臟肌肉功能的疾病的常見病因】
圖片來源：CNIC
肌聯蛋白是人體最大的蛋白質，具有多種功能。據Alegre-Cebollada教授說，“簡單來講，我們可以把肌聯蛋白比喻為分子彈簧，可以使肌肉同步收縮。”但是它并不是簡單的彈簧，許多機制決定著肌聯蛋白的彈性，包括其免疫球蛋白結構域特殊結構的折疊。總而言之，肌聯蛋白的彈性由該蛋白中超過100個免疫球蛋白結構域共同決定。
通過使用生物信息和結構生物學手段，該研究團隊發現這些免疫球蛋白結構域富含半胱氨酸，這些氨基酸賦予了它特殊的性質。Jorge Alegre-Cebollada解釋道：“當一個蛋白質上的兩個半胱氨酸靠近彼此時，蛋白質的兩條鏈之間能夠形成化學鍵——二硫鍵。”研究人員觀察到肌聯蛋白中的許多免疫球蛋白結構域都會形成二硫鍵，而參與形成二硫鍵的半胱氨酸會發生動態變化，也就是異構化。“最有趣的發現就是二硫鍵的形成和異構化會導致肌聯蛋白的彈性發生巨大的變化。”
二硫鍵的形成屬于一大類生化轉變中的一種——氧化還原。目前已知這個過程會引起許多和心臟相關的疾病，如心肌梗死等。
Alegre-Cebollada的研究小組目前正在研究人體細胞如何改變肌聯蛋白的還原狀態并以此調節骨骼肌和心肌活動，以及不同的疾病如何干擾這個過程導致相應功能缺失。Alegre-Cebollada補充道：“我們在體外重建牽引系統的時候發現了這些現象。盡管我們從這個過程了解了很多新知識，但是明白這些基本原理如何在活體發生效應還存在挑戰。這也是我們現在研究的重點：結合生理學、生物學及生物化學等多學科手段研究這個問題。”
本研究是Alegre-Cebollada博士與哥倫比亞大學Julio Fernández教授合作的成果。Julio Fernández教授一直致力于發展單分子生物物理技術用于研究蛋白質的力學性質，他與Alegre-Cebollada的合作使得闡明蛋白力學性質的生化調控機理成為可能。
文章來源
David Giganti et al, Disulfide isomerization reactions in titin immunoglobulin domains enable a mode of protein elasticity, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-017-02528-7
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