《PNAS》合成酶來解開分子之謎

來源：作者：人氣：-發(fā)表時間：2023-11-15 12:39:00【大中小】

摘要：德克薩斯大學(xué)達拉斯分校的一位生物工程師開發(fā)出了一種合成酶，可以控制信號蛋白Vg1的行為，Vg1在脊椎動物胚胎的肌肉、骨骼和血液的發(fā)育中起著關(guān)鍵作用。

德克薩斯大學(xué)達拉斯分校的一位生物工程師開發(fā)出了一種合成酶，可以控制信號蛋白Vg1的行為，Vg1在脊椎動物胚胎的肌肉、骨骼和血液的發(fā)育中起著關(guān)鍵作用。

研究小組正在斑馬魚身上使用一種稱為合成處理(SynPro)系統(tǒng)的新方法來研究Vg1是如何形成的。通過了解發(fā)育中的動物信號形成的分子規(guī)則，研究人員的目標(biāo)是設(shè)計出能夠在治療或預(yù)防疾病中發(fā)揮作用的機制——比如給細胞新的指令。

P.C. Dave P. Dingal博士是Erik Jonsson工程與計算機科學(xué)學(xué)院的生物工程助理教授，他和他的同事們于10月16日在《PNAS》上發(fā)表了他們的研究成果。

圖1 控制轉(zhuǎn)化生長因子-β信號Vg1生物發(fā)生的分子機制

Dingal說:“我們對如何利用合成酶來控制天然蛋白質(zhì)，包括致病蛋白質(zhì)很感興趣。我們的希望是建立生物回路，最終，我們可以將其引入細胞并賦予它們新的功能，比如能夠檢測癌癥或在分子水平上解決細胞疾病。”

Dingal說，斑馬魚是觀察信號蛋白如何加工和分泌的理想模型，因為斑馬魚不僅與人類基因組有大約70%的相似性，而且它們還很小，易于在顯微鏡下生長和成像。

研究人員研究了兩種蛋白質(zhì)Vg1和Nodal之間的相互作用。研究小組調(diào)查的一個問題是，為什么Vg1在與Nodal配對形成一種更大的稱為異源二聚體的蛋白質(zhì)復(fù)合物之前保持失活狀態(tài)。異源二聚體是從細胞分泌的，并向胚胎細胞發(fā)出信號，使其分化為特定的組織和器官。

Dingal說:“我們發(fā)現(xiàn)有一些蛋白質(zhì)像伴侶一樣與Vg1結(jié)合，迫使它保持非活性單體的狀態(tài)。然而，在Nodal存在的情況下，伴侶蛋白被釋放，然后Nodal可以與Vg1二聚化。”

圖2 前結(jié)構(gòu)域切割影響Vg1 Nodal信號傳導(dǎo)，但不影響分泌

研究人員發(fā)現(xiàn)，配對的行為不足以激活Vg1和Nodal。二聚體的Vg1部分必須在細胞的其他部分進行額外的處理，包括在高爾基體中，酶從Vg1部分切掉或切割不必要的氨基酸，就像園丁修剪玫瑰叢一樣。

為了研究Vg1經(jīng)歷的過程，Dingal和他的同事們開發(fā)了一種操縱蛋白質(zhì)的方法。利用一種來自病毒家族的切割酶，研究人員開發(fā)了一種合成酶，可以直接從斑馬魚胚胎的Vg1中切割特定的氨基酸。

他們發(fā)現(xiàn)Vg1-Nodal異源二聚體在從細胞中釋放出來與靶細胞上的受體結(jié)合之前不需要經(jīng)歷切割。然而，Vg1必須經(jīng)過切割才能激活靶細胞上的信號，而不需要切割Nodal。

Dingal將在該項目的下一階段繼續(xù)研究這些蛋白質(zhì)，以確定諸如伴侶蛋白用來控制信號復(fù)合物組成的分子規(guī)則。他最近從美國國立衛(wèi)生研究院的國家普通醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所獲得了190萬美元的資助(R35GM150967)，用于繼續(xù)他的研究。

參考資料

[1] Molecular mechanisms controlling the biogenesis of the TGF-β signal Vg1