就像郵遞員設(shè)法在雪、雨、炎熱和陰暗條件下遞送包裹一樣，一組關(guān)鍵的哺乳動(dòng)物蛋白質(zhì)即使在不太理想的條件下也能幫助細(xì)胞正常運(yùn)作。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的科學(xué)家們利用最先進(jìn)的細(xì)胞成像和基因組編輯技術(shù)，開(kāi)始揭示這組蛋白質(zhì)如何發(fā)揮其基本作用。這一發(fā)現(xiàn)最終可以幫助研究人員更好地了解和開(kāi)發(fā)針對(duì)癌癥、糖尿病和導(dǎo)致免疫功能障礙等疾病的新療法。

由生物分子化學(xué)系教授Anjon Audhya領(lǐng)導(dǎo)的研究小組試圖更好地了解外殼蛋白復(fù)合物 II (COPII) 的功能。COPII 是一組非常重要的蛋白質(zhì)，負(fù)責(zé)運(yùn)輸哺乳動(dòng)物細(xì)胞中大約三分之一的功能蛋白質(zhì)。

COPII 是 2013 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的主題，該獎(jiǎng)項(xiàng)授予了三位科學(xué)家，以表彰他們?cè)诙x蛋白質(zhì)如何在細(xì)胞中分類(lèi)和運(yùn)輸?shù)墓ぷ鳌＿@項(xiàng)新研究建立在其中一些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上。

哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)有數(shù)百萬(wàn)種蛋白質(zhì)，它們執(zhí)行多種職責(zé)。細(xì)胞必須確保蛋白質(zhì)有效地移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢茫员闼鼈兡軌虬l(fā)揮其細(xì)胞作用——這是一項(xiàng)需要精確度的復(fù)雜任務(wù)。之前的研究認(rèn)為 COPII 是這一過(guò)程的重要組成部分，但沒(méi)有人準(zhǔn)確記錄這組蛋白質(zhì)如何在細(xì)胞周?chē)b和運(yùn)輸其他蛋白質(zhì)。

為此，Audhya 和他的同事使用 CRISPR/Cas9 基因組編輯工具向參與控制細(xì)胞內(nèi)流量的單個(gè)蛋白質(zhì)(包括一些構(gòu)成細(xì)胞的蛋白質(zhì))添加一個(gè)標(biāo)簽，該標(biāo)簽可以與明亮的熒光染料化學(xué)連接。 COPII 復(fù)合體。有了標(biāo)簽，科學(xué)家們就可以追蹤蛋白質(zhì)在活細(xì)胞中的移動(dòng)。

使用一種稱(chēng)為晶格光片成像的技術(shù)，研究小組追蹤了 COPII 如何幫助獲取細(xì)胞蛋白質(zhì)，包括運(yùn)往其他地方的分子——這是以前從未做過(guò)的事情。

該團(tuán)隊(duì)在最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一篇論文中描述了他們的進(jìn)展。Audhya 用郵政系統(tǒng)來(lái)描述它。研究人員知道 COPII 的功能就像郵政工作人員拾取和投遞包裹，但他們從未跟蹤過(guò)這些工作人員通過(guò)單元的分發(fā)和投遞系統(tǒng)對(duì)包裹進(jìn)行分類(lèi)的情況。

“我們現(xiàn)在可以看到郵箱里的信封，看看郵遞員如何來(lái)到郵箱取信，然后開(kāi)車(chē)離開(kāi)，”奧迪亞說(shuō)，他是該校基礎(chǔ)研究、生物技術(shù)和研究生院的高級(jí)副院長(zhǎng)。醫(yī)學(xué)與公共衛(wèi)生學(xué)院。

研究人員發(fā)現(xiàn)，正常情況下，這個(gè)傳遞過(guò)程平均需要 45 到 60 秒。然而，當(dāng)細(xì)胞接受低于標(biāo)準(zhǔn)的營(yíng)養(yǎng)時(shí)(有時(shí)由于某些疾病和環(huán)境條件而導(dǎo)致細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)不良)，這一過(guò)程會(huì)顯著減慢，至少直到細(xì)胞能夠隨著時(shí)間的推移而適應(yīng)。

通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，Audhya 和他的同事們能夠識(shí)別出一種名為 Sec23 的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)能夠幫助恢復(fù)受到破壞后的 COPII 販運(yùn)系統(tǒng)。當(dāng)科學(xué)家們?cè)黾蛹?xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的 Sec23 數(shù)量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的速率發(fā)生了變化，“這是我們開(kāi)始這項(xiàng)工作時(shí)從未預(yù)料到的，”Audhya 說(shuō)。“Sec23 似乎是調(diào)節(jié)的核心角色。 COPII 復(fù)合體的功能。”

確定觸發(fā) Sec23 促進(jìn) COPII 功能的因素對(duì)許多疾病具有潛在影響。例如，癌細(xì)胞通常在營(yíng)養(yǎng)匱乏的環(huán)境中急劇生長(zhǎng)，部分原因是產(chǎn)生更多促進(jìn)生長(zhǎng)的某些蛋白質(zhì)。了解這一特性背后的分子機(jī)制可以確定新的治療靶點(diǎn)。

除此之外，更精確地了解細(xì)胞正確制備和傳遞蛋白質(zhì)的過(guò)程，可以幫助我們基本了解細(xì)胞的正常功能，以及癌癥、2型糖尿病、神經(jīng)退行性疾病和免疫紊亂等疾病中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

Audhya 說(shuō)：“了解細(xì)胞中存在的這些基本過(guò)程和調(diào)節(jié)系統(tǒng)最終可以為開(kāi)發(fā)更合理的疾病干預(yù)方法鋪平道路。”