最新研究找到調(diào)節(jié)心臟及肌肉關(guān)鍵蛋白的機(jī)理

來自CNIC和哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家們找出了調(diào)節(jié)骨骼肌和心肌功能的一種關(guān)鍵蛋白的調(diào)控機(jī)制，相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在Nature Communications上。該研究由CNIC科學(xué)家Jorge Alegre-Cebollada教授領(lǐng)導(dǎo)完成，描述了一種調(diào)節(jié)肌聯(lián)蛋白彈性的新機(jī)制。據(jù)Alegre-Cebollada教授解釋，肌聯(lián)蛋白是是全身橫紋肌發(fā)揮功能的關(guān)鍵蛋白，尤其是心臟：“證據(jù)就是肌聯(lián)蛋白基因突變是導(dǎo)致影響機(jī)體和心臟肌肉功能的疾病的常見病因。”

肌聯(lián)蛋白是人體**的蛋白質(zhì)，具有多種功能。據(jù)Alegre-Cebollada教授說，“簡單來講，我們可以把肌聯(lián)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(jī)制決定著肌聯(lián)蛋白的彈性，包括其免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域特殊結(jié)構(gòu)的折疊。總而言之，肌聯(lián)蛋白的彈性由該蛋白中超過100個免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域共同決定。

通過使用生物信息和結(jié)構(gòu)生物學(xué)手段，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這些免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域富含半胱氨酸，這些氨基酸賦予了它特殊的性質(zhì)。Jorge Alegre-Cebollada解釋道：“當(dāng)一個蛋白質(zhì)上的兩個半胱氨酸靠近彼此時，蛋白質(zhì)的兩條鏈之間能夠形成化學(xué)鍵——二硫鍵。”研究人員觀察到肌聯(lián)蛋白中的許多免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域都會形成二硫鍵，而參與形成二硫鍵的半胱氨酸會發(fā)生動態(tài)變化，也就是異構(gòu)化。“最有趣的發(fā)現(xiàn)就是二硫鍵的形成和異構(gòu)化會導(dǎo)致肌聯(lián)蛋白的彈性發(fā)生巨大的變化。”

二硫鍵的形成屬于一大類生化轉(zhuǎn)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(guān)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(xì)胞如何改變肌聯(lián)蛋白的還原狀態(tài)并以此調(diào)節(jié)骨骼肌和心肌活動，以及不同的疾病如何干擾這個過程導(dǎo)致相應(yīng)功能缺失。Alegre-Cebollada補(bǔ)充道：“我們在體外重建牽引系統(tǒng)的時候發(fā)現(xiàn)了這些現(xiàn)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(fā)生效應(yīng)還存在挑戰(zhàn)。這也是我們現(xiàn)在研究的重點(diǎn)：結(jié)合生理學(xué)、生物學(xué)及生物化學(xué)等多學(xué)科手段研究這個問題。”

本研究是Alegre-Cebollada博士與哥倫比亞大學(xué)Julio Fernández教授合作的成果。Julio Fernández教授一直致力于發(fā)展單分子生物物理技術(shù)用于研究蛋白質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)，他與Alegre-Cebollada的合作使得闡明蛋白力學(xué)性質(zhì)的生化調(diào)控機(jī)理成為可能。