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“双向运输”让蛋白到达其位避免疾病

2020.9.29

科学家们发现,mRNA能够沿着细胞单向传送,然后登上另一个被恰当命名的马达蛋白,以相反的方向到达其zui终需要去的地方。佐治亚健康科学大学佐治亚医学院(MCG)的细胞生物学家Graydon B. Gonsalvez博士是本文的通讯作者,他称,这是一次相当重要的行程,因为mRNA决定着一个细胞中哪个蛋白发生表达,能将一个脑细胞与肌肉细胞区分开来。“过去一直认为是这样一个相对简单的场景:如果细胞内一个货物需要运到这里,它只在一个轨道上朝那个方向走。”

但是,MCG和剑桥大学的科学家们发现,就像在一条备用的州际公路上驾车旅行的人一样,mRNA需要灵活机动性,来躲避周围路上可能存在的许多障碍,zui终到达正确的位置。Gonsalvez说:“具有反道而行的能力,这一点对于它们zui终到达需要去的地方非常重要。”位置真的就是一切,因为蛋白为了能够正确地运行,需要在一个特定的位置上进行表达。

而太多错误的引导与生命是不相适应的,有少量是好的甚至可能是正常的。但是,在中间的水平上,对健康产生的影响,可能包括老人痴呆症、癌症、多发性硬化症和X染色体易碎症,这能产生轻微到严重的智力损伤,同样也会产生物理特征例如扁平足和瘦长脸。Gonsalvez说:“大多数的人类疾病不是来自一个过程的丧失,而是过程的损害。”

科学家们对双向能力表示怀疑,因为他们能在细胞中看到,两个马达蛋白以相反的方向并排停放。当他们移除当时闲置的、能够朝相反方向运动的马达蛋白时,已经在途中的货物mRNA的传送或定位受到损害。

Gonsalvez说:“我们看到的是,有很多东西能够颠倒轨道。如果它们仅仅能够以一个方向运动,它们会无意中撞到什么东西,就像一个迷路的细胞器一样,会遇到困难。”

一直以来人们认为,马达蛋白将mRNA从细胞骨架上举起或卸下,主要起到一个细胞内部巷道的功能。zui近,Gonsalvez收到来自国立卫生研究院(NIH)140万美元的基金资助,填补这个细胞内行程的其它重要的知识缺口,例如马达蛋白如何知道运送哪个mRNA,因为并不是所有的mRNA都需要被定位。

他把路径系统比作一个邮政编码,认为蛋白是再确认密码,但是在这个例子中,蛋白结合到mRNA上,为了能够行进而使其衰退。他说:“有些东西告诉细胞,这个信使是不同的。”例如,在X染色体易碎症情况下,他怀疑一个或多个应该结合到mRNA上的蛋白失踪了,因此细胞不能告诉信使其需要运动到哪里去。

Gonsalvez想回答的另外一个问题是,既然马达蛋白不直接结合到mRNA上,那么mRNA是如何抓住它的。他说:“这些都不是简单的问题,但应该想到的是,一旦我们知道答案,我们就能知道这是为什么,当你在这个过程中出现一个缺陷,你就将具有一种疾病病理学

他指出,mRNA的运输终生都在发生,然而蛋白具有有限的寿命,因此不能被时常地替换。他的研究模型是相对简单的果蝇,在果蝇中采用可利用的技术,有选择的敲除特定细胞内的马达蛋白。




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