揭开隐藏的蛋白质“尾巴”使细胞发出信号

利用信息学工具识别蛋白质翻译后修饰(PTM)活动的“热点”，研究人员发现了一种先前未知的机制，它将制动器置于涉及大多数生物体中发现的G蛋白的重要细胞信号传导过程中。

这种被称为“尾巴”的机制是一种小蛋白质的一部分，这种蛋白质主要是因为它将较大的结构连接到细胞膜上。当研究人员使尾部失活时，之前需要30分钟发生的信号反应几乎立即发生 - 强度是正常情况的四倍。

该研究发生在酵母中，但如果在人类G蛋白中发生类似的过程，该发现可以为控制重要的细胞过程提供新的药物靶标 - 并且可能提供一类新的生物传感器，能够更灵敏地检测和响应某些化学物质代理商。该研究得到了美国国立卫生研究院国家普通医学研究所(NIGMS)的支持，于5月1日在Cell Reports上发表。

佐治亚理工学院生物科学学院副教授马修托雷斯说：“我们已经发现了一种机制，可以调节通路受外界刺激的速度。”“通过遗传改变这个过程背后的控制机制，我们能够调节来自细胞外部的信号有多少进入细胞内以及它通过的速度。这更令人惊讶，因为这种机制一直隐藏在视线中几十年。“

G蛋白，也称为鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，是作为细胞内分子开关起作用的分子家族。它们将从各种细胞外刺激获得的信号传递到细胞内部 - 通过膜，否则将不允许通信。

托雷斯和博士候选人Shilpa Choudhury发现的尾巴可能没有受到关注，因为它灵活地附着在一个名为G beta / gamma的紧密合作的蛋白质团队的G蛋白γ亚基上。蛋白质结构通常通过X射线晶体学技术鉴定，该技术不能解析运动中的结构。

在他们的工作之前，Gγ亚基主要被认为是将较大的Gβ亚基连接到细胞膜的蛋白质。没有SAPH-ire的工作 - 一个使用机器学习映射PTM活动的信息学程序 - 尾部结构的作用可能尚未确定。

“多年来，人们一直关注G beta / gamma作为一个完整的单元，而不是单独的组件，”该论文的第一作者Choudhury说。“与较大的Gβ亚基相比，γ是一种微小的蛋白质，但我们现在知道它在信号系统的活动中起着重要作用。”

在酵母中，Gβ/γ亚基激活响应信息素的信号传导途径，该过程通常在细胞膜上刺激信息素受体后约30分钟。Torres和Choudhury怀疑蛋白质修饰PTM以某种方式导致延迟。他们的计算机程序SAPH-ire--在Torres实验室开发并于2015年宣布 - 直指G gamma亚单位。

该程序分析现有的蛋白质序列和PTM活动的元数据库，揭示蛋白质改变的“热点”。SAPH-ire旨在加速寻找蛋白质结构的重要调控目标，并更好地了解蛋白质如何在细胞内相互通信。

从使用质谱法的全球PTM数据库中抽取来鉴定化学改变的序列，SAPH指向Gγ蛋白上的特定位置。使用基因突变技术，Choudhury修饰了蛋白质的一部分，使尾部结构失活。

但是，仅仅从过程中移除尾部是不够的。为了激活信号传导过程，尾部的结构必须与单独的效应蛋白相互作用。当两者都被灭活时，研究人员看到受体受到刺激时会产生巨大影响。

托雷斯说：“你可以把信号通路想象成一个沿着山坡行驶的车轮，自行车制动器的两个垫子正在抓住车轮以减速它。”“激活信息素受体就像将车轮从山上释放一样。当两个制动器都处于活动状态时，车轮移动速度非常慢，因为两个制动器一起工作以减慢其速度和动量。这就是通路如何正常运行受体刺激后立即细胞。“

“如果你带走其中一个制动器，你会得到部分制动，并且车轮可以稍微移动得更快，但仍然可以尽可能快地限制移动。这就是前20分钟内通路在正常细胞中的表现但是如果你消除了这两种制动，那么将它们放下山坡会导致非常高的速度和动量 - 有点像没有调速器的高尔夫球车。“

这正是Choudhury在G gamma和效应蛋白上阻止PTM时发生的情况。“当我们这样做时，我们看到信号通路的快速激活发生的速度提高了6倍，并且比通常情况下通路制动完好的情况强4倍。”

除了确定该途径的控制机制外，研究人员还了解了它如何控制酵母以类似“开关”的方式响应信息素的能力，这种方式可以打开或关闭，而模拟方式类似于音量旋钮。立体声。

虽然托雷斯和乔杜里在酵母中发现了它们的发现，但他们相信它会产生广泛的影响，因为所有含有G蛋白的生物，包括人类，都有G伽尾，其中充满了PTM。接下来的步骤将是观察人体细胞中Gγ亚基和Gβ/γ效应子是否表现出相同类型的制动系统。如果是这样，那么可以提供可以识别潜在新药物目标的见解。

“尾部存在，在控制与Gβ/γ效应物相互作用的过程中非常重要，这对于打开信号通路至关重要，”托雷斯说。“我们怀疑G gamma作为调节因子G蛋白信号传导的重要性将超越任何一种生物体。”