看看细胞内的分子质量保证

蛋白质在我们的身体中发挥重要作用。它们运输物质，对抗病原体，并起催化剂的作用。为了使这些过程可靠地起作用，蛋白质必须采用确定的三维结构。分子“折叠助剂”，称为分子伴侣，帮助和仔细检查这些结构化过程。在慕尼黑技术大学(TUM)的参与下，一个研究小组现在揭示了伴侣在这个结构化过程中如何识别特别有害的错误。研究结果发表在科学杂志“ 分子细胞”上。

陪护者是细胞的一种技术检验机构。它们是蛋白质，在允许其离开细胞之前检查其他蛋白质的质量缺陷。如果汽车未通过技术检查，则表明其存在严重缺陷，可能导致严重事故。如果蛋白质折叠成错误的结构，这可能导致严重的疾病。这些的实例是神经退行性疾病，例如阿尔茨海默病，还有代谢疾病，例如囊性纤维化和糖尿病。

TUM的细胞蛋白生物化学教授Matthias Feige在美国田纳西州孟菲斯市St. Jude儿童研究医院的Linda Hendershot领导的团队中工作，研究分子伴侣如何识别结构上有缺陷的蛋白质。在这项研究中，科学家们专注于在细胞的一部分产生的蛋白质，称为内质网。“我们主要对细胞蛋白质折叠感兴趣”，Feige解释说。“蛋白质的自组织如何在分子水平上发生 - 以及细胞如何识别这一过程中的错误 - 是一个真正令人着迷的问题。”

有缺陷的蛋白质需要被细胞消除

内质网由中空空间和小管网络组成。它专门用于蛋白质折叠和该过程的质量控制，这里生产出三分之一的人类蛋白质。就像在任何生产过程中一样，可能会出现错误：蛋白质形成折叠核心，主要由疏水(防水)氨基酸组成，蛋白质的其余部分围绕其自身构建。然而，如果在折叠过程中发生错误，则这些疏水区域可能不会埋在核心中，而是暴露在蛋白质的表面上，在那里它们可能导致蛋白质聚集在一起。这可能对细胞或整个生物体造成危害。

通过班车进入牢房

到目前为止，科学家们知道，如果伴侣蛋白仍然暴露在蛋白质表面，它们能够识别一般疏水性氨基酸序列。然而，并非所有呈递此类序列的蛋白质都必须降解。这是因为并非所有表面上具有疏水氨基酸序列的蛋白质都是有缺陷的。如果蛋白质如此危险以至于需要被消除，细胞究竟是如何确定的仍然是一个谜。

研究人员开发了一种新方法，可以观察分子伴侣在细胞生物体系中的行为。为此，他们将精确定义的氨基酸序列(蛋白质的构建块)插入穿梭系统，将其运送到细胞内的内质网中。通过这种巧妙的技巧，他们能够在生物学相关条件下观察各种伴侣识别的序列。

两类伴侣

他们发现在内质网中不仅存在一种，而且存在两类伴侣，每种伴侣都识别出不同类型的疏水氨基酸序列。此外，由该杂志文章中首次描述的第二类分子伴侣鉴定的序列在细胞中形成特别危险的团块。一旦识别出它们，就可以迅速消除拥有它们的蛋白质。

“这是分子质量控制如何发挥作用的一个重要部分”，Feige说。“现在需要进行后续研究，以了解分子伴侣如何在结构层面识别其靶序列。”

该研究对于蛋白质(例如抗体)的生物技术生产也很重要。为了防止这些药物产品过快地被身体分解，生物技术人员现在可以确保相应的序列不会出现在蛋白质的表面上。