我们细胞将基因转化为有用蛋白质的过程就像汽车工厂的装配线一样;有原理图，零件，工人，电机，质量控制系统甚至回收工作人员。如果细胞的回收过程停滞不前，异常的蛋白质碎片会累积，可能导致细胞死亡。在神经细胞中，该过程与多种神经退行性疾病相关，包括ALS和痴呆。
来自5月30日Cell杂志上发表的Claudio Joazeiro博士实验室的一项新研究揭示了生物 - 细菌和古细菌 - 如何管理不完全蛋白质的循环利用。这些发现不仅为抗一些人类最危险的病原体(包括李斯特菌，葡萄球菌和链球菌)的毒力提供了新的方向，它们对我们理解生命本身如何进化具有重要意义。
Joazeiro的研究小组发现，这种机制与之前在植物，动物和真菌细胞中发现的机制没有太大区别。
“我们知道，由于细胞正在制造蛋白质，这个过程偶尔因错误而停止，”Joazeiro说，他曾在佛罗里达州朱庇特的斯克里普斯分子医学研究部和海德堡大学分子生物学中心联合任命，在德国。
“其中一个问题是部分形成的蛋白质的积累可能是有毒的。所以在我们的实验室中，我们问的是细胞如何感知这一点，以及它们如何拆解这些蛋白质并回收积木?”
称为核糖体的细胞器作为细胞内的蛋白质组装马达。如果它们在将部件拼接在一起的过程中停滞 - 氨基酸 - 细胞具有多种响应系统。在人类和其他真核细胞中，当核糖体堵塞时，拯救因子将其分开。一种名为Rqc2的蛋白质，也称为NEMF，放大并募集另一种蛋白质 - 泛素连接酶Ltn1，也称为李斯特菌。Joazeiro实验室以前发现Ltn1标记核糖体上的截短蛋白片段，其中有一个叫做泛素的破坏标签。蛋白酶锯然后处理拆除。
Joazeiro强调了这一回收过程的重要性，他在2009年发现，Ltn1突变可导致小鼠神经细胞死亡，导致ALS样症状。根据Cell报告，细菌具有相关但更直接的系统来解决停止的核糖体及其蛋白质片段。研究细菌枯草芽孢杆菌，Joazeiro团队发现Rqc2本身标志着一个带有旗帜的蛋白质片段 - 一种由氨基酸丙氨酸制成的聚合物。如此标记，蛋白酶来切断坏片段。
以前的研究表明，在一些致病菌中，Rqc2蛋白具有不同的作用，一种在细胞外发挥作用，帮助将微生物附着到宿主上。
“我们发现这不是完整的故事，”Joazeiro说。“Rqc2在细菌细胞内起着更重要的作用。”
下一步将是找出缺乏Rqc2的链球菌品种的缺陷毒力是否主要是它们未能在细胞内回收蛋白质片段的结果。随着越来越多的病原体对抗生素产生多药耐药性，了解细菌毒力可能尤为必要。
对Joazeiro同样重要的是认识到Rqc2是一种“活的”分子化石，它阐明了大约40亿年前出现的古老祖先生物的新见解，它形成了今天进化为地球生物多样性的生命之树的基础。 。
“在细胞发明如何制造蛋白质后不久，他们还面临着如何处理不完全制造的蛋白质，”Joazeiro说。“分析表明，最后一个普遍共同祖先的Rqc2同源物已经完成了这项任务。”
除了主要作者Joazeiro之外，该研究的作者，“在细菌核糖体相关质量控制中的丙氨酸尾部信号蛋白水解”，是佛罗里达州朱庇特斯克里普斯研究中的Tina Mueller，George Tsaprailis和Christina Chiang。Iryna Lytvyenko，Helge Paternoga，Anna Thrun和德国海德堡大学的Simon Anders;德国柏林医学物理和生物物理研究所的Annika Balke和Christian Spahn;海德堡大学的Katja Nagler和Ilka Bischofs以及德国马尔堡的马克斯普朗克陆地微生物研究所和佛罗里达州盖恩斯维尔佛罗里达大学的Julie Maupin-Furlow。