蛋白質發生錯誤折疊,導致變形的蛋白無法執行正常功能,是諸如肌萎縮側索硬化癥(ALS)、阿爾茨海默氏癥、帕金森病等腦病形成的關鍵。當前,還沒有辦法來逆轉蛋白質錯誤折疊
來自賓夕法尼亞大學Perelman醫學院的生物化學和生物物理學副教授James Shorter博士,現在找到了一種可能的方法:通過“重編程”一種常見的酵母蛋白Hsp104來拆散錯誤折疊蛋白。這項研究工作發表在本周的《細胞》(Cell)雜志上。
Hsp104是一種“伴侶蛋白”,其幫助了其他的蛋白質復合物正確形成及發揮功能。盡管Hsp104是地球上最常見的一種蛋白質,但在人類或一些動物體內卻沒有它的相似物。
Shorter說:“我們不明白為什么一些動物會丟失Hsp104基因,同時我們一直在思考:‘其中是否存在著治療機會?’我們能不能將它作為一種破壞性技術添加回去,從而對抗某些疾病特征性的蛋白質錯誤折疊?”
在以往的研究中,Shorter實驗室確定了天然的Hsp104能夠有效對抗一些神經變性蛋白,如α-突觸核蛋白。“我們在大鼠帕金森病模型中表達這一野生型的蛋白,觀察到了一些有益的表型。但這一野生型蛋白的作用尚沒有達到我們的期望。”Shorter 說。
在當前的研究中,該研究小組對大型的Hsp104變異體文庫進行了篩查,以尋找既能夠維持蛋白質結構,又能破壞錯誤折疊蛋白團塊的版本。“幸運的是我們篩查出了一些變異體,它們不僅能夠在酵母中抑制與錯誤折疊和成團的FUS、TDP-43和α-突觸核蛋白相關的毒性作用,還能夠增強正常蛋白的功能。”
Shorter的研究小組與阿拉巴馬大學的Guy Caldwell實驗室展開協作,在線蟲中對一些Hsp104變異體進行了檢測,發現它們顯著地挽救了α-突觸核蛋白的毒性,這是第一次在一種多細胞動物體內證實一些基因工程酶能夠抑制神經退行性變。
論文的第一作者、Shorter實驗室博士后研究人員Meredith Jackrel說:“由于沒有已知藥物能夠挽救神經退行性變,同時逆轉蛋白質錯誤折疊,這非常地令人興奮。當然從未有人嘗試過重編程一種現有的蛋白來設法完成這項任務。”
Shorter確定了Hsp104的卷曲螺旋中間結構域(coiled-coil middle domain)是一個重要的區域,能夠影響它發揮伴侶蛋白功能,并指出該結構域發生一些小突變似乎具有廣泛的潛能,開啟這一分子破壞蛋白質團塊的能力。他認為,Hsp104的這一中間結構域的功能很像一個電容器,儲存著蛋白質的一些有利潛能。這一中間結構域,以及該分子其他部分如孔環發生看似很小的扭曲,也能釋放出驚人的治療效力。
現在研究小組在相對原始的線蟲物種中證實了這種能力,接下來他們將轉向更為復雜的小鼠模型,將一種外源蛋白導入到一種生物體所導致的副作用有可能會是一個問題。
Shorter表示:“除了Hsp104的解團聚功能,從生物工程學的角度來看,另一個重要的目標是生成特異性針對靶標的扭曲Hsp104,此刻我們所擁有的所有變異體似乎是普遍地發揮作用。但這并不是你在開發一種治療方法時想得到的東西,因為有可能會存在脫靶效應。”
他強調,盡管他的蛋白質重組方法并非是一種實用的退行性疾病治療方法,這是朝著實現這一最終目標邁出的重要一步,證實了破壞蛋白質團塊,這一從前認為不可能做到的事情很快就可以實現。他說:“我們已經在一種簡單的模型系統中證實了有可能取得這種團塊破壞活性。所面臨的挑戰就是繼續推動其前行。”
美國梅奧診所團隊在新一期《臨床研究雜志》發表報告稱,癌細胞會借助一種名為TRAILshort的蛋白,巧妙關閉人體的免疫反應。這一突破有望催生全新的癌癥療法,或提升現有免疫療法的效力。約15年前,團隊在......
在人類中,活到百歲已是長壽,而在鯨類中,這個歲數還算“年輕”,因為該家族中的弓頭鯨有時能活200多年。但沒人知道弓頭鯨長壽的原因。一項10月29日發表于《自然》的研究發現,弓頭鯨能夠活數百年且不患癌癥......
美國加州大學舊金山分校科學家發現,大腦衰老背后隱藏著一種名為FTL1的關鍵蛋白。實驗顯示,過量FTL1蛋白會導致小鼠記憶力衰退、大腦神經連接減弱以及細胞反應遲鈍。一旦阻斷這種蛋白,老年小鼠就能恢復年輕......
中國科學院上海藥物研究所研究員羅成、周兵、陳奕和華東師范大學研究員陳示潔合作,提出“強支點占據-杠桿干擾”(FOLP)的蛋白-蛋白相互作用(PPI)先導化合物設計策略,為PPI領域研究提供新的概念和方......
水稻作為最重要的糧食作物,為超過半數的世界人口提供主食。然而,水稻黑條矮縮病毒(SRBSDV)等病毒嚴重危害水稻生長,威脅糧食生產安全,解析病毒—水稻互作的分子機制對水稻病毒病的防控具有重要意義。近日......
記者從安徽農業大學獲悉,該校王曉波教授團隊聯合中國農業科學院作物科學研究所邱麗娟、李英慧研究員團隊,解析了關鍵基因對大豆種子油脂和蛋白比例(油蛋比)的調控機制,為高油或高蛋白大豆品種選育提供了新方向。......
中國科學院院士施一公團隊解析了BAX線狀/環狀聚合物所共享的基本重復單元結構,解答了“死神”BAX究竟是如何讓細胞走上死亡命運的不歸路。6月27日,相關研究成果發表在《科學》。BAX多邊形結構。課題組......
澳大利亞沃爾特和伊麗莎霍爾醫學研究所團隊在對抗帕金森病的斗爭中取得重大突破:他們成功解開了一個長達數十年的謎團,確定了人類PINK1蛋白與線粒體結合的具體結構,為開發治療帕金森病的新藥開辟了新道路。這......
暨南大學生命科學技術學院教授鄒奕團隊在廣東省重點研發項目、廣東省自然科學基金等項目的資助下,研究發現轉甲狀腺激素蛋白或成術后認知功能障礙診斷新標志物,有望助力早期干預。近日,相關成果發表于《分子精神病......
過去幾年里,單細胞蛋白質組學技術取得了長足發展,單細胞蛋白質組學逐漸走向成熟,后續有望廣泛應用于腫瘤異質性分析、免疫學研究、發育生物學、神經科學以及精準醫學等領域。然而,從技術發展成熟到實際場景應用分......