蛋白质故意通过破坏合成机制-核糖体来终止自身的合成

东京工业大学(东京工业大学)和京都产业大学的联合研究小组发现，蛋白质在合成过程中可能会使核糖体的结构不稳定并过早地结束其自身的合成，并发现这种现象用于适应细胞对环境的影响。

蛋白质是功能性分子，其支持生命并且是多肽链的三维结构，连接的氨基酸链。该链上的氨基酸构型(序列)写在DNA序列中。形成多肽链，其中核糖体(蛋白质合成机制)位于DNA序列(信使RNA)的拷贝上。它根据遗传密码从20种氨基酸中选择，逐一开始聚合氨基酸。它在链终止于核糖体的终点处完成。

在核糖体上合成蛋白质的过程称为“翻译”，所有生物体(包括人类)的所有蛋白质都是通过翻译产生的。已经认为，在核糖体连接氨基酸的过程中，连续合成新形成的多肽链(新生链)。

在该研究小组和其他研究小组的最近研究中，显然在翻译中速度的波动显着发生 - 一些新生链(取决于氨基酸序列)作用于形成它的核糖体以减慢翻译步骤时间。

研究成果概述

东京理工大学的Hideki Taguchi和京都产业大学的Koreaki Ito领导的研究小组发现，当重建大肠杆菌的无细胞翻译系统来翻译具有约10个酸性氨基酸序列的蛋白质时(天冬氨酸和谷氨酸)或其中酸性氨基酸和称为脯氨酸的氨基酸交替连接的序列，当这样的序列被翻译时，翻译在中途停止。这种流产事件发生在合成氨基酸序列的核糖体由于被新生链作用而变得不稳定时(研究人员指定这种“IRD”：“内在核糖体去稳定化”)。它导致核糖体分裂成大小亚基(图1)。核糖体具有在细胞内合成数千或数万种蛋白质的作用，已被认为在连接氨基酸序列的任何组合方面具有指导性。然而，IRD的发现，其中核糖体在翻译过程中由新生链本身合成而不稳定，表明翻译是随着潜在的流产风险而进展的东西。包含触发IRD的氨基酸序列的蛋白质不能完成它们的合成。

乍一看，这种IRD现象可能看起来像核糖体的缺陷，但它对生物体有何意义?

研究人员发现，生物体也具有抵抗IRD的机制。这一发现使他们使用缺失这种机制的大肠杆菌突变体，因此核糖体稍微不稳定并易于发生IRD，并分析细胞内的所有蛋白质(蛋白质组)。结果，研究小组发现，在突变体中，与野生菌株相比，许多蛋白质的细胞数量不同。特别是MgtA，一种膜蛋白将镁离子转移到细胞中，发现其表达超过十倍。有趣的是，称为mgtL并调节MgtA表达的基因具有IRD序列。分析结果表明，大肠杆菌调节MgtA的表达，使用特殊的机制，由于mgtL的序列，IRD现象，响应细胞中镁浓度的变化。

镁离子是细胞内许多生命过程所必需的，并且是翻译所必需的，特别是稳定核糖体。因此，该研究的结果表明，大肠杆菌通过使用mgtL的IRD能够在镁的生长环境变差时表达丰富的MgtA，从而获得维持细胞镁离子浓度的机制。换句话说，生物体具有通过利用IRD现象监测细胞内环境变化的机制。

未来的发展

该研究显示，除了包含用于确定蛋白质的三维结构的信息，氨基酸序列甚至保持到影响机械的合成它的稳定性和中止翻译周期中，最终的能力。这进一步加深了我们对生命过程基础的理解，这些过程得到了遗传信息的规范表达的支持。早期，过早停止翻译迄今为止，人们还没有被认为是生命科学中的一个重要过程。Taguchi和团队成员相信，他们的成就可以与生命科学的当前繁荣一起扩展到各种应用，例如新的有用蛋白质的生产或生物制药的开发。