一个健康的细胞是一个平衡的细胞，但是对于它产生的每一个发生大量扭曲的蛋白，它必须将这些旧的蛋白裂解。这意味着解开缠绕的椒盐卷饼状物质进行回收利用。蛋白Cdc48在解开这些蛋白缠绕物中起着关键作用。
美国犹他大学生物化学助理教授Peter Shen博士说道，“Cdc48是细胞的瑞士军刀，可与许多不同的底物相互作用。到目前为止，我们还没有完全了解它是如何运作的。”
在一项新的研究中，由Shen领导的一个多机构研究团队解析出Cdc48的关键结构，从而能够在它解折叠蛋白时可视化观察它发生的变化。相关研究结果于2019年6月27日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structure of the Cdc48 segregase in the act of unfolding an authentic substrate”。
图片来自CC0 Public Domain。
Shen说道，“我们着手这样做是因为我们关心分子机器是如何工作的。鉴于Cdc48的临床意义，我们决定重点关注这种蛋白复合物。”
多年来，科学家们已知道Cdc48中的单点突变经过一系列级联反应后导致严重的疾病，包括肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）和腓骨肌萎缩症2Y型（Charcot-Marie-Tooth disease type 2Y）。
论文共同通讯作者、犹他大学杰出的生物化学教授Christopher Hill说道，“人Cdc48与多种疾病有关，并且是开发治疗癌症方法的靶标。我们解析出的这种蛋白的结构可用于推动开发更有效的抑制剂和治疗试剂的努力。”
在这项新的研究中，这些研究人员直接从酵母细胞（酿酒酵母）中纯化出Cdc48，并在快速冷冻后通过使用低温电镜（cryo-EM）技术拍摄出纯化的Cdc48颗粒在不同构型下的快照。
Shen说道，“这些细胞已通过产生这种蛋白复合物为我们做了艰苦的工作。鉴于这种方法非常快速，我们在Cdc48解折叠蛋白底物的过程中捕获了它。”
通过使用这种方法，这些研究人员展示了Cdc48如何通过使用手拉手传送带式运动将蛋白底物穿过这种蛋白复合物的中心孔来解折叠从中穿过的蛋白底物。他们正在成像的被回收利用的蛋白缠结物是一个谜，直到来自美国杨百翰大学的合作者将质谱蛋白质组学应用于这种相同的纯化的蛋白复合物，方才揭开了这种匿名的蛋白—无活性蛋白磷酸酶1复合物—的面纱。
Shen认为这些结果适用于人体细胞，这是因为Cdc48是高度保守的。
这些研究人员无法可视化观察这种完整的蛋白复合物，这是因为Cdc48几乎同时与多个结合伴侣相互作用。这种有效的多任务处理能力模糊了这种体外重建；然而，Shen想要继续探索Cdc48如何在大致相同的时间里与众多结合伴侣结合在一起。
Shen说道，“最酷的部分是这项研究证实了我们能够直接从宿主细胞中提取出蛋白并将在它们的天然状下对它们进行成像。我认为这是低温电镜领域的未来。”
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