蛋白质分子中的“蝴蝶效应”-仅改变3个原子就会产生很大的效应

时间:2019-11-20 14:24 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

蛋白质分子中的“蝴蝶效应”-仅改变3个原子就会产生很大的效应

 

  致病菌志贺氏菌是每年与腹泻相关的百万人死亡的主要原因。

  “在巴西,蝴蝶翅膀的襟翼会在德克萨斯州引发龙卷风吗?” —爱德华·洛伦兹在美国科学促进协会第139次会议上

  科学家最近发现了一种机制,蛋白质分子中3个原子的微小变化可影响细胞的免疫信号传导。细菌志贺氏志贺氏菌利用这种“蝴蝶效应” 在其感染的宿主细胞中存活。

  班加罗尔国家生物科学中心(NCBS)的Ranabir Das小组发现,细菌细菌引起的蛋白质UBC13的微小变化产生了一系列小原子改变,这些改变加起来直到阻止UBC13结合为止伴侣蛋白TRAF6。没有UBC13-TRAF6复合物,宿主细胞将无法开始发出针对细菌的免疫应答的信号。这项研究检查了微妙变化的机制(仅涉及3个原子的损失),并研究了其如何产生深远的影响。

  根据数学中的混沌理论,微小的变化(例如“蝴蝶翅膀的襟翼”)可能在其他地方引起巨大变化。这似乎在较小的比例上也适用,例如在一个单元内。班加罗尔国家生物科学中心(NCBS)的科学家现已发现,蛋白质分子中微小的原子变化如何使细菌关闭其宿主的免疫信号系统。

  

蛋白质分子中的“蝴蝶效应”-仅改变3个原子就会产生很大的效应

 

  致病菌志贺氏菌(中心杆菌)可阻止人类蛋白质UBC13(绿色)和TRAF6(蓝色)结合,破坏人类宿主细胞的免疫反应。

  弗氏志贺氏菌是一种偷偷摸摸的高传染性细菌。导致人类腹泻的生物首先附着在宿主肠道内衬的细胞上。然后使用针状装置,弗氏志贺菌开始抽吸在他们的秘密武器的酶能改变单氨基酸在宿主细胞蛋白UBC13(泛素结合酶E2 13)。这种变化使UBC13无法结合伴侣蛋白TRAF6(TumouR坏死因子相关因子6),并有效地阻止宿主细胞发炎反应。随后,志贺氏菌渗入宿主细胞以繁殖。

  迄今为止,人们对这种微妙的影响(包含大约3000个原子的蛋白质分子中的3个原子发生变化)如何关闭宿主的免疫反应知之甚少。

  然而,NCBS的Ranabir Das团队进行的一项新研究表明,当从宿主蛋白UBC13的单个氨基酸中去除一个氨基(由一个氮和两个氢原子组成)时,一系列相对较小的原子变化堆积以阻止免疫反应途径中的关键步骤。这项工作得到了塔塔基础研究学院和印度生物技术部的资助,并已在eLife杂志上发表为论文。

  “我们结合了结构研究,计算模型和酶促实验,发现UBC13中的原子变化不会改变其结构。相反,这些变化完全破坏了它与伴侣蛋白TRAF6结合的能力,” Das团队的成员Priyesh Mohanty说道,他是描述这些结果的论文的第一作者。

  当从宿主蛋白UBC13的单个氨基酸中除去一个氨基(由一个氮和两个氢原子组成)时,一系列相对较小的原子变化堆积起来,从而阻断了免疫应答途径中的关键步骤。UBC13中的第14个氨基酸是精氨酸残基(Arginine14),对于与TRAF6形成“盐桥”(带相反电荷的离子之间的键)至关重要。这两种蛋白质表面之间的盐桥对于稳定和维持UBC13-TRAF6复合物是必需的,而该复合物又在免疫应答信号传导中起关键作用。当名为Ospl的细菌酶使谷氨酰胺残基(Glutamine100)脱氨基时,中性胺基被带负电荷的羟基取代。现在,这个分子从UBC13-TRAF6分子间盐桥中偷走了精氨酸14,与其自身形成了分子内盐桥。反过来,这损害了UBC13和TRAF6之间的瞬态相互作用,这在形成最终复合物时是必需的。最后,

  盐桥和表面吸引力共同产生了足以稳定(或保持)UBC13-TRAF6复合体的力。随着这些力的损失,复合物解体,并且没有复合物,针对细菌的免疫信号被阻断。

  Mohanty和Das说:“这项研究确实帮助我们了解了氨基酸在蛋白质之间的关联中的作用以及蛋白质在细胞内的功能。” 据我们所知,我们的研究首次提供了一种机制,通过该机制谷氨酰胺对目标蛋白进行脱酰胺作用会阻碍其在宿主细胞内的功能。有趣的是,这种机制使细菌能够减轻炎症反应并增强其在人类宿主中的存活能力。”

  目前,志贺氏菌感染每年因腹泻导致近20万人死亡,其中三分之一发生在婴儿中。还出现了几种对这些细菌具有多重耐药性的菌株,但尚无疫苗或药物可预防或限制志贺氏菌爆发的扩散。

  “因此,研究志贺氏菌用于减弱人类宿主炎症反应的机制非常重要。此类研究可能有助于研究人员确定可以控制人类志贺氏菌爆发的新药。” Mohanty和Das说。

当前位置:主页 > 生物学知识 >

声明:本文杏鑫娱乐整理不代表个人观点,转载请注明原文,点击还能查看更多的文章;本文网址: http://www.kozbods.com/shengwu/174.html

围观: 次 | 责任编辑:杏鑫



回到顶部