科学家揭示了重要的蛋白质运输复合体的内部运作

就像邮递员设法在雪、雨、炎热和阴暗条件下递送包裹一样，一组关键的哺乳动物蛋白质即使在不太理想的条件下也能帮助细胞正常运作。

威斯康星大学麦迪逊分校的科学家们利用最先进的细胞成像和基因组编辑技术，开始揭示这组蛋白质如何发挥其基本作用。这一发现最终可以帮助研究人员更好地了解和开发针对癌症、糖尿病和导致免疫功能障碍等疾病的新疗法。

由生物分子化学系教授AnjonAudhya领导的研究小组试图更好地了解外壳蛋白复合物II(COPII)的功能。COPII是一组非常重要的蛋白质，负责运输哺乳动物细胞中大约三分之一的功能蛋白质。

COPII是2013年诺贝尔生理学或医学奖的主题，该奖项授予了三位科学家，以表彰他们在定义蛋白质如何在细胞中分类和运输的工作。这项新研究建立在其中一些发现的基础上。

哺乳动物细胞内有数百万种蛋白质，它们执行多种职责。细胞必须确保蛋白质有效地移动到适当的位置，以便它们能够发挥其细胞作用——这是一项需要精确度的复杂任务。之前的研究发现COPII是这一过程的重要组成部分，但没有人准确记录这组蛋白质如何在细胞周围包装和运输其他蛋白质。

为此，Audhya和他的同事使用CRISPR/Cas9基因组编辑工具向参与控制细胞内流量的单个蛋白质(包括一些构成细胞的蛋白质)添加一个标签，该标签可以与明亮的荧光染料化学连接。COPII复合体。有了标签，科学家们就可以追踪蛋白质在活细胞中的移动。

使用一种称为晶格光片成像的技术，研究小组追踪了COPII如何帮助获取细胞蛋白质，包括运往其他地方的分子——这是以前从未做过的事情。

该团队在最近发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文中描述了他们的进展。Audhya用邮政系统来描述它。研究人员知道COPII的功能就像邮政工作人员拾取和投递包裹，但他们从未跟踪过这些工作人员通过单元的分发和投递系统对包裹进行分类的情况。

“我们现在可以看到邮箱里的信封，看看邮递员如何来到邮箱取信，然后开车离开，”奥德亚说，他是该大学负责基础研究、生物技术和研究生学习的高级副院长。医学与公共卫生学院。

研究人员发现，正常情况下，这个传递过程平均需要45到60秒。然而，当细胞由于某些疾病和环境条件而接受低于标准的营养时，这个过程会显着减慢，直到细胞随着时间的推移而适应。

通过一系列实验，Audhya和他的同事发现了一种名为Sec23的蛋白质，它能够帮助恢复COPII的贩运系统在中断后的状态。当科学家们增加细胞内产生的Sec23数量时，他们发现细胞运输蛋白质的速率发生了变化，“这是我们开始这项工作时从未预料到的，”Audhya说。“Sec23似乎是调节COPII复合体功能的核心角色。”

确定触发Sec23促进COPII功能的因素对许多疾病具有潜在影响。例如，癌细胞通常在营养匮乏的环境中急剧生长，部分原因是产生更多促进生长的某些蛋白质。了解这一特性背后的分子机制可以确定新的治疗靶点。

除此之外，更精确地了解细胞正确制备和传递蛋白质的过程，可以帮助我们基本了解细胞的正常功能，以及癌症、2型糖尿病、神经退行性疾病和免疫紊乱等疾病中可能出现的问题。

Audhya说：“了解细胞中存在的这些基本过程和调节系统最终可以为开发更合理的疾病干预方法铺平道路。”