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打破教科书!Science发文揭示细胞核中核仁的新功能!

来源:本站原创 2019-07-20 07:54

2019年7月20日讯 /生物谷BIOON /——核仁是细胞核中一个众所周知的结构,在光镜下很容易看到。这种核结构被认为是核糖体产生的地方。一项新的研究表明,核仁也是蛋白质质量控制的一个部位。

当细胞受到压力时,蛋白质容易发生错误折叠和聚集。为了防止蛋白质聚集,一些蛋白质被暂时储存在核内。慕尼黑大学实验物理学教授、马克斯·普朗克生物(MPI)化学研究所分子成像和生物纳米技术小组的负责人Ralf Jungmann与来自MPI生物化学研究所的Ulrich Hartl和Mark Hipp合作发现这种细胞器中发现的特殊生物物理条件有助于防止有害的蛋白质聚集,相关研究成果于近日发表在《Science》杂志上。

图片来源:R. Jungmann

核仁是19世纪30年代在细胞核中发现的一种结构。20世纪60年代,人们认识到细胞的蛋白质工厂核糖体是在这种细胞器中组装的。研究人员发现,在某些情况下,被称为伴侣的蛋白质会进入核仁。有人认为,这种迁移与蛋白质生产有关。然而,新的研究表明,迁移到核仁的伴侣已经与压力敏感蛋白结合。

作为陪伴研究的先驱,F.-Ulrich Hartl和他的团队此前发现,伴侣对蛋白质的正确折叠至关重要,在蛋白质质量控制中起着核心作用。如果蛋白质不能正确折叠,它们错误折叠的形式就会堆积并聚集在一起。由此产生的蛋白质聚集通常可以在神经退行性疾病中观察到,如阿尔茨海默氏症、帕金森症或亨廷顿氏舞蹈症。

该研究的通讯作者、F.-Ulrich Hartl所在系成员Mark Hipp评论说:"多年来,我们一直在使用荧光素酶作为蛋白质模型,以研究蛋白质折叠的机制。"通过将这种酶与荧光蛋白融合,科学家可以在显微镜下追踪它,观察蛋白质是否正确折叠或折叠错误,并形成聚合。"我们能够证明,将细胞加热到43°C,使细胞受到压力,会导致错误折叠的荧光素酶蛋白和伴侣蛋白进入核仁"

为了阐明这一过程的机制细节,研究人员与ralf jungmann和jurgen cox领导的小组进行了合作。jungmann已经开发了许多高分辨率荧光技术,而cox也在MPI生物化学研究所工作,他贡献了新颖的生物信息分析方法。他们一起证明错误折叠的荧光素酶蛋白在核仁内的表现不同于在细胞的其他部分。该研究的第一作者frederic Frottin解释说:"在核仁中,错误折叠的蛋白质保持在类似液体的状态,而不是聚集状态。这可能是由于细胞器内普遍存在的特定的生物物理条件。"

通常倾向于聚集的蛋白质在受压时以一种不那么危险的形式储存起来,保护细胞免受损伤。一旦细胞有了恢复的时间,这些蛋白质就可以被重新折叠并从核仁中释放出来。此时,细胞有能力激活进一步的机制,使蛋白质得以修复或降解。研究人员还证明,如果细胞压力持续时间过长,这种保护机制就会失效。"这是一种维护细胞完整性的新机制," Mark Hipp说。保持这种完整性对于抑制疾病的发展和延缓衰老过程至关重要。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

F. Frottin et al. The nucleolus functions as a phase-separated protein quality control compartment, Science  (2019). DOI: 10.1126/science.aaw9157
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