Science：细胞中的蛋白-代谢物相互作用组有助身体适应健康压力

每一天的每一分钟，我们的身体都在适应每一刻的需要。当我们过度摄入碳水化合物、运动或生病时，我们细胞内的化学反应会启动、放慢或改变策略，以便我们拥有我们需要的能量和力量。

所有这些都是在我们不知不觉中发生的，这也许解释了为什么人们对身体如何感知和应对这些持续的需求了解甚少。为了寻求这个问题的答案，来自美国犹他大学等研究机构的研究人员在一项新的研究中在我们的细胞内开辟了一个全新的世界。他们揭示了一个巨大的相互作用网络，表明细胞如何实时调整以承受对我们健康的压力。相关研究结果发表在2023年3月10日的Science期刊上，论文标题为“Protein-metabolite interactomics of carbohydrate metabolism reveal regulation of lactate dehydrogenase”。

论文通讯作者、犹他大学生物化学系教授Jared Rutter博士说，“我们发现大自然是如何进化到给自己的蛋白和途径‘下药’的。通过跟随大自然的脚步，我们正在学习如何制造更好的治疗药物。”Rutter说，在更基本的层面上，这一进展加深了对细胞和我们身体如何工作的认识。

新前沿

这项新研究中描述的相互作用网络代表了细胞中一个未被重视的调节层，它来自一个意想不到的来源。近20年来，Rutter实验室一直在研究新陈代谢，即即产生能量并构建保持细胞平稳运行的基本成分的化学反应。他们的新研究发现，这些化学反应的中间产物不仅仅是人们长期以来认为的被动的构成单元和细胞的燃料来源。

相反，这些中间产物与其他代谢物一起构成了一个庞大的哨兵网络，监测环境并在需要时提示细胞适应。它们通过与蛋白相互作用并改变它们的工作方式来做到这一点。一顿大餐是否在体内输送了太多的碳水化合物？还是过多的脂肪？就像引导火车驶入新轨道的铁路开关一样，这些蛋白-代谢物的相互作用改变了代谢操作，以分解这些营养物并稳定路线。

代谢产物与烯醇化酶、延胡索酶和其他碳水化合物代谢酶之间的相互作用。图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.abm3452。

论文第一作者Kevin Hicks博士开发了一种称为MIDAS的新技术，它揭示了这种作为环境线索和细胞代谢之间接口的调控网络的艰巨性，这种调控网络被称为蛋白-代谢物相互作用组（protein-metabolite interactome）。这种高度灵敏的技术确定了从未见过的蛋白-代谢物相互作用。对参与将碳水化合物转化为燃料的33种人类蛋白的分析发现了它们与代谢物的830种相互作用。鉴于细胞中有成千上万的蛋白，预测这种调控网络的全部规模会大得多。

Hicks，“令人惊讶的是，我们对这些相互作用的程度了解得如此之少。我们正在将我们对这种生物网络的理解推向新的方向。”

代谢过程失控可能导致疾病。Rutter和Hicks说，揭示这种调控网络中更多的相互作用将导致更好地理解疾病的根源，并且有助于开发新的治疗方法以便使失控的代谢过程恢复正常。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Kevin G. Hicks et al. Protein-metabolite interactomics of carbohydrate metabolism reveals regulation of lactate dehydrogenase. Science, 2023, doi:10.1126/science.abm3452.