Cell发布惊人发现，为蛋白质聚集体正名
当细胞暴露于非致命性高温下时形成蛋白质聚集体似乎是一种有组织的应激反应的一个组成部分，而非是在遭到破坏的过程中受损蛋白累积所致。在发表于9月10日《细胞》（Cell）杂志上的研究论文中，来自芝加哥大学和哈佛大学的科学家们发现完全可以逆转蛋白质聚集体——在细胞回到正常温度之后，聚集的蛋白质会松开，恢复它们正常的细胞功能。研究发现一些蛋白质保持完整，甚至在聚集状态时也具有功能。
研究结果阐明了蛋白质聚集体的生物特性，其一直被广泛认为是有毒的终末产物，而现在日益被视作是细胞组织的一个新层次。
资深作者、芝加哥大学生物化学与分子生物学助理教授D. Allan Drummond博士说：“我们询问了一个简单的问题：在急性热休克期间细胞中的什么蛋白发生了聚集，当细胞恢复时它们又发生了什么？让我们吃惊的是，我们发现在恢复过程中即便是最严重聚集的蛋白质也发生了分解，回复正常。这提出了一种可能性：此前看起来像受损的这些聚集体或许大部分实际上都是一个协调演化过程的组成部分。”
尽管开展了数十年的调查研究，仍然存在许多有关细胞响应热休克机制的问题。当暴露于压力而非致命的温度之下时，一些细胞蛋白会聚集成称作为应激颗粒的大团块。突变细胞系研究表明，细胞会破坏某些类型的应激颗粒，有可能重新生成了它们的蛋白质成分。研究证实，人工导入的一些热敏蛋白和新合成蛋白有聚集倾向，在热休克后会遭到细胞破坏。但是否相同的命运降临在正常细胞的大多数蛋白质却仍不清楚。
为了了解热休克对于天然蛋白质群的影响，Drummond和研究人员利用一组新技术在酵母细胞中同时追踪了大约1000种不同的成熟蛋白。研究小组将细胞在2-8分钟的短时间内暴露于30°C（正常）-46°C（严重热休克）范围温度之下。随后他们利用质谱法等工具检测了蛋白质聚集体。
研究人员鉴别出了175个响应热休克聚集的蛋白质，其约占检测蛋白质的六分之一，是过去已知蛋白数量的十倍。一些特异的蛋白在特定时间形成了颗粒，并分散于一些细胞位点，表明是生物体水平。但研究小组也发现在许多不形成应激颗粒的情况下发生了聚集，表明聚集和颗粒形成是一个相关而独立的过程。
研究小组在观测聚集蛋白的命运时获得了最意外的发现。他们给蛋白质标记上同位素，在细胞经历热休克和恢复时进行了追踪。他们发现在细胞恢复至正常温度后聚集蛋白无一例外地分解，重获它们原来的功能。同位素标记排除了聚集蛋白发生降解或被新蛋白取代的可能性。
研究小组随后对感兴趣的3种蛋白进行了详细分析，在正常情况下这3种蛋白形成了一种连接氨基酸和转运RNAs (tRNAs)的复合物。当分离出这些蛋白并测试它们的热反应之时，这些蛋白很容易发生了聚集。但即便是严重热休克后的聚集状态下，它们形成了仍然活跃、精确加工tRNAs的一种功能复合物。
Drummond 说：“与许多外源蛋白和突变细胞研究中观察的结果相反，在这些条件下正常细胞中的天然聚集体在热休克后基本上完全分解。聚集有可能会失活大多数的蛋白，但值得注意的是一些蛋白在发生聚集时仍然活化。所有这些表明需要重新思考热休克过程中聚集体的生物学意义。”
基于以往的研究工作和自身的研究结果，Drummond和同事们推测在热休克过程中蛋白质聚集的一个核心目的是重塑细胞工厂，将蛋白质合成焦点放在应激所需的蛋白质上。作者们推测在某些情况下，蛋白质充当了自主温度计和调节器，感知热并自组装来激活或失活某些细胞功能。
研究作者、芝加哥大学生物化学与分子生物学博士后学者Edward Wallace说：“热诱导聚集具有适应性反应的所有标志。我们的研究结果揭示了细胞机器通过在特异位点和时间形成特异聚集体来感知及制定决策的细胞机器层面。”
研究结果还提出了有关蛋白质聚集体特性的一些有趣问题，在广泛神经退行性疾病中都可以看到它们。研究小组现正致力更好地了解这些聚集体的生物学功能，尤其是它们作为细胞功能调控因子的作用。他们也开始将一些蛋白质的温度传感元件用于生物技术应用，如响应温度变化分离两种类型的分子。
“通过以谨慎的、现代的角度来审视一个老问题，我们获得了惊人的结果，这不仅改变了我们思考热休克蛋白的方式，也影响了我们认识细胞在分子水平上感知及相应环境的机制。这是研究基础过程生物学得到的收获，”Drummond说。
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