Johns Hopkins大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜中蛋白酶的新作用模式。研究顯示，這些蛋白酶剪切蛋白并非基于氨基酸序列識(shí)別，是細(xì)胞膜環(huán)境賦予了它們獨(dú)特能力，能夠識(shí)別結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的蛋白并進(jìn)行剪切。

這項(xiàng)研究于十一月十三日發(fā)表在新雜志eLife上，該雜志是美國《國家科學(xué)院院刊》（PNAS）前主編Randy Schekman今年創(chuàng)辦的。該雜志由英國著名基金會(huì)Wellcome Trust，美國HHMI和德國馬普學(xué)會(huì)聯(lián)合資助，是備受矚目的頂級(jí)開放性期刊。

Johns Hopkins大學(xué)的科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)了蛋白酶利用環(huán)境起作用的新機(jī)制，他們研究的是“細(xì)胞剪刀”菱形蛋白酶，菱形蛋白酶是在細(xì)胞膜中剪切目標(biāo)蛋白的。從瘧疾到帕金森癥，細(xì)胞膜中的蛋白酶與許多疾病有關(guān)，揭示這類蛋白酶的作用機(jī)制將對(duì)人類健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

“這類蛋白酶在所有生物中都存在，它們的演化使細(xì)胞具有了調(diào)節(jié)生物學(xué)過程的新工具，”該研究的主要研究人員，Johns Hopkins大學(xué)基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)研究所的分子生物學(xué)和遺傳學(xué)副教授Sinisa Urban博士說。

需要蛋白酶來剪切蛋白的原因有很多，胃部依賴這些酶來分解和消化我們食用的各種蛋白。而一些負(fù)責(zé)調(diào)解免疫系統(tǒng)的蛋白酶更具特異性，這些特化的蛋白酶只識(shí)別特異蛋白，并在特定位點(diǎn)將其剪切。

“在我們這項(xiàng)研究之前，人們一直認(rèn)為蛋白酶基于特定的氨基酸識(shí)別序列來確定需要剪切的蛋白，”Urban說。“大多數(shù)蛋白酶是在親水環(huán)境中起作用的，而細(xì)胞膜中的菱形蛋白酶是在油環(huán)境中起作用。它們獨(dú)特的環(huán)境意味著它們可能具有與眾不同的特性。”

Urban解釋道，菱形蛋白酶就像是個(gè)帶門的反應(yīng)桶，只允許特定蛋白進(jìn)入，蛋白一旦進(jìn)入就會(huì)和桶中的“剪刀”相互作用，剪切后菱形蛋白酶再將蛋白釋放出來。

研究人員在微小的凝膠樣液滴中分析菱形蛋白酶的活性，傳統(tǒng)上人們用這種液滴替代細(xì)胞膜，但這種模擬還不夠完善。為了完全評(píng)估蛋白酶環(huán)境對(duì)其功能的作用，他們也在真實(shí)的細(xì)胞膜中裝配菱形蛋白酶及目標(biāo)蛋白，并用尖端生物物理學(xué)技術(shù)對(duì)這些蛋白在細(xì)胞膜和膜替代物中的行為進(jìn)行了比較。

研究顯示，凝膠中的菱形蛋白酶會(huì)允許更多蛋白進(jìn)入，并且在多種位置進(jìn)行剪切?！斑@告訴我們這些蛋白酶在人工環(huán)境中時(shí)，其識(shí)別和剪切的精確性下降，”Urban說?！凹?xì)胞膜明顯在上述方面對(duì)菱形蛋白酶有重要幫助?！?/SPAN>

隨后，研究人員使用了一系列蛋白并通過多種途徑改變蛋白組成，在此基礎(chǔ)上分析活細(xì)胞中菱形蛋白酶會(huì)對(duì)怎樣的蛋白進(jìn)行剪切。他們發(fā)現(xiàn)，蛋白剪切并不依賴于特定的氨基酸識(shí)別序列，蛋白剪切的關(guān)鍵因素是目標(biāo)蛋白在水環(huán)境中是否不穩(wěn)定。

對(duì)于含有跨膜區(qū)域的蛋白來說，盡管其細(xì)胞膜外部分比較松散（水環(huán)境），其跨膜片段往往較緊密?！傲庑蔚鞍酌妇哂兴h(huán)境內(nèi)室，如果蛋白跨膜片段在這一環(huán)境中松散開，蛋白就會(huì)被剪切；如果跨膜片段依然緊密，蛋白就不會(huì)被剪切?！?/SPAN>Urban解釋道。

研究人員指出，這一成果能幫助人們更好的理解一些疾病并開發(fā)相應(yīng)的治療方法。例如，阿爾茨海默癥患者大腦中累積的蛋白就是一種膜蛋白酶的作用目標(biāo)。