Cell论文解读!新办法初次具体提醒核孔复合物的组装进程

2020年12月28日讯/BIOON/---在一项新的研讨中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院和挪威卑尔根年夜学的研讨职员开辟出一种办法，使得他们可能初次具体研讨年夜型卵白复合物的组装进程。作为他们的案例研讨，他们选择了最年夜的细胞复合物之一：细胞中的核孔复合物。相关研讨成果近期颁发在Cell期刊上，论文题目为“Maturation Kinetics of a Multiprotein Complex Revealed by Metabolic Labeling”。论文通信作者为苏黎世联邦理工学院的Karsten Weis和Evgeny Onischenko。

图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.001。 细胞会发生年夜量的卵白复合物，每个复合物都是由许多单个卵白构成的。这些卵白复合物，比方核糖体，调理细胞中简直一切维持性命的生物功效。

生物学家们曾经胜利地确定了许多这些复合物的构造，然则迄今为止，对于单个卵白若何组装在一路并随光阴变动的研讨较少。迄今为止，传统的办法已被证实不敷以研讨这些反馈在细胞中切实其实切进程，特殊是波及到年夜型卵白复合物时。

他们的办法使得跟踪卵白复合物组装的动静变动成为能够，即便长短常年夜的卵白质复合物，也有很高的光阴分辩率。

受代谢阐发的启迪

这些研讨职员将他们的新办法称为KARMA（kinetic analysis of incorporation rates in macromolecular assemblies, 高分子组装中掺入速度的能源学阐发），该办法是基于研讨代谢进程的办法构建进去的。研讨代谢的迷信家们恒久以来始终在他们的研讨任务中使用喷射性碳，例如，标志葡萄糖分子，然后细胞排汇并代谢喷射性碳。这种喷射性标志使得人们可能追踪葡萄糖分子或其代谢物呈现的地位和光阴点。

Weis解释说，“这品种型的研讨启迪咱们将相似的原理当用于摸索卵白复合物组装进程中产生的反馈。”

在他们的办法中，这些研讨职员使用标志的氨基酸进行研讨，这些氨基酸是卵白的根本组成元件，含有较重的碳和氮同位素。在酵母细胞的培育物中，他们用较重的氨基酸替代较轻的氨基酸。菌在卵白合成中使用这些较重的氨基酸，从而使一切新发生的卵白的分子量产生变动。

复合物组装的光阴标准

为了拆散卵白复合物，这些研讨职员每隔一段光阴就从培育物中掏出细胞，并采取质谱仪丈量具备较重氨基酸的分子和不具备较重氨基酸的分子之间的巨大分量差别。这标明了卵白复合物中卵白的年龄。根本上而言，年龄越年夜的卵白，它被整合到复合物中的光阴越早。基于这些年龄差别，他们利用能源学状态模子终极重修了特定卵白复合物的准确组装次序。

作为验证这种新办法的案例研讨，Weis和他的团队选择了细胞中的核孔复合物。这种构造年夜约有500到1000个组件，由年夜约30种分歧的卵白构成，每种卵白都有多个拷贝，是以它是已知最年夜的卵白复合物之一。

应用KARMA，这些研讨职员可能得到阐明哪些组件被整合到这种构造以及何时整合的具体图谱。他们的发现之一是条理原理（hierarchical principle）：单个卵白在很短的光阴内造成亚基，然后依照特定的次序从中间向外围组装。

耐用的外部支架

Weis说，“咱们初次证明，一些卵白在组装核孔复合物的进程中十分快地产生整合，而其他卵白则在年夜约一个小时后才被整合出来。这是一个令人难以置信的漫永劫间。”酵母细胞每90分钟决裂一次，这象征着简直必要整整一代人的光阴能力实现这个紧张的核孔复合物的组装。确实地讲，为什么新核孔的组装必要如斯长的光阴与菌的繁衍周期无关，今朝尚不分明这一点。

这些研讨职员还发现，一旦核孔组装实现，核孔复合物在外部支架中的的各个部门是高度稳定和耐用的，在其性命周期内简直没有任何组件被替换。相比之下，核孔复合物外围的卵白则常常被替换。

出缺陷的核孔匆匆进疾病产生

核孔是细胞中最紧张的卵白复合物之一，这是由于它们担任细胞核和细胞质之间的物资和分子互换。例如，它们将信使RNA从细胞核运送到细胞核外的细胞机械，而这些细胞机械必要这些分子作为制作新卵白的底本。

此外，核孔在人类疾病中起着间接和直接的作用。响应地，核孔及其卵白的变动会影响、或阿尔茨海默病等神经退行性疾病的发生。Weis说，“不外普通来说，核孔缺点招致这些疾病形式的起因还不是很分明。”他解释说，KARMA能够有助于在将来更深化地相识这类成绩。

多功效平台

Weis说，“尽管咱们在这项研讨中只将KARMA利用于一种卵白复合物，然则咱们对其将来的利用觉得兴奋。咱们的办法如今将使咱们可能破译一系列生物进程产生的次序。例如，他们的技术可用于研讨病毒（如SARS-CoV-2）感化周期中产生的分子变乱，并有能够帮忙找到毁坏该感化周期的新候选药物。”

这种新办法还可以利用于除卵白以外的其他生物分子，如RNA或脂类。（100医药网 100yiyao.com）