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重要的蛋白“加帽”机制

日期:2014-07-25 00:00:00

肌动蛋白(actin)是机体中含量最为丰富的蛋白,它是绝大多数机体运动的基础,比如肌肉收缩、心脏搏动、血液凝固和神经细胞通讯等等。在癌症中肌动蛋白介导的运动,会促使癌细胞离开原发瘤,转移到其他组织。

宾州大学的科学家们在本周的Science杂志上,通过晶体结构展现了肌动蛋白纤维慢生长端的具体加帽机制,有助于人们进一步理解肌肉基础结构——肌小节(sarcomere)的形成。

肌动蛋白分子会在许多其他蛋白的帮助下聚合成纤维,并且呈现出多种不同的形状。肌动蛋白纤维是有极性的(正极和负极),在特定环境下能通过增减亚基进行装配或解聚。

肌小节是心肌、骨骼肌和平滑肌收缩的基本单位,而肌动蛋白和肌球蛋白(myosin)是组成肌小节的两个主要蛋白。在肌小节中,加帽蛋白负责稳定肌动蛋白纤维的两端,而负极的通用加帽蛋白是原肌球调节蛋白(tropomodulin)。

“人们早就知道这个蛋白的存在,但至今仍不清楚它的作用机制,”文章的资深编辑Roberto Dominguez教授说。他一直致力于解析机体运动的分子基础,在原子水平上研究相关蛋白的组装和协作。

“大家这项研究为人们展示了,原肌球调节蛋白与肌动蛋白纤维慢生长端的互作机制,”文章的共同编辑Yadaiah Madasu博士说。“从临床角度看,原肌球调节蛋白发生突变,会引起不规则肌动蛋白纤维束的累积,最终导致线状肌肉病变(nemaline myopathy)或其他骨骼肌疾病。”

“在此之前人们并不了解肌动蛋白纤维负极的结构,这大大限制了大家对肌动蛋白加帽的认识,”Dominguez说。(延伸阅读:Cell封面文章:一个巨大蛋白的记忆)

这项研究解析了原肌球调节蛋白与肌动蛋白形成的复合体结构,并对突变型原肌球调节蛋白进行了结构和生化分析。研究显示,一个原肌球调节蛋白分子围绕着肌动蛋白纤维的负极,与三个肌动蛋白亚基和两个原肌球蛋白(tropomyosin)分子形成高度特异性的互作,原肌球蛋白是肌小节所特有的另一个蛋白。

这项研究获得的详细结构,可以帮助人们理解原肌球调节蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白发生突变是如何引发心脏病的。

目前,该研究团队正在对另一个肌肉蛋白——平滑肌蛋白(leiomodin)进行研究。较晚发现的平滑肌蛋白看起来虽然与原肌球调节蛋白类似,但它们的功能其实完全不同,平滑肌蛋白主要参与肌小节的发育和修复。

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