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蛋白质越“老”生命周期越长?

来源/作者:生物通   发表时间:2016-10-11 08:58:59  
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  一些蛋白行为异乎寻常:越“老”,生命周期越长,来自德国Max Delbrück分子医学中心(MDC)的研究人员发现这个近乎悖论的规律,他们追踪了mRNA翻译成编码蛋白过程中出现的上千个分子的生命周期,发现细 胞最初会生成过量数目的多种蛋白,然后大部分蛋白立即被降解了。

       从蛋白的整个生命周期来看,它具有许多不同的任务,并最终会通过一种有序的方式被降解。科学家们认为年轻的蛋白和年老的蛋白具有相关的降解风险,但这只适 用于大部分的蛋白,还有大约十分之一的蛋白并不遵从这一规律,它们一旦达到了某个年龄阶段,就会一直存活下来,异常稳定。

       在这项研究中,MDC,马普研究院等处的研究人员通过质谱分析方法追踪了人和小鼠培养细胞中的蛋白生命周期,质谱技术帮助他们观察不同时间里特殊分子的生成和定位,从而研究人员发现细胞最初会生成过量数目的多种蛋白,然后大部分蛋白立即被降解了,剩余的保存下来,并长期稳定发挥作用。

        这解释了一个基因有多个拷贝,但为何不会像科学家们原本认为的出现多个拷贝的蛋白。比如说三体综合征——机体出现三个染色体拷贝,正常情况下只有两个,这种疾病的患者会过量表达染色体上基因的编码蛋白,这通常会导致失衡,和细胞内部压力。

        然而对于这些新发现的长寿蛋白,细胞能通过早期蛋白的降解,保持平衡。“现在我们能更好的理解基因生产‘剂量’或比率,与编码蛋白产量之间的关联了,” Selbach教授说。

        大多数情况下,三体会导致生物机体在出生前就死亡了,但也有一些极端情况,比如唐氏综合症(21染色体有三个拷贝),这引发的后果没有那么严重。科学家们 目前还不清楚为何不同的染色体出现三体情况会有不同的结果,但这有可能是由于某些影响染色体的蛋白的生命周期,因此Selbach教授接下来将进行这一方 面的研究,“我们现在正在分析异常遗传组成中的其它细胞,希望能更深入了解多个基因片段的影响。”


原文检索:

Erik McShane et al. (2016):" Kinetic analysis of proteinstability reveals age-dependent degradation. " Cell.

Do young and old protein molecules have the same probability to be degraded? We addressed this question using metabolic pulse-chase labeling and quantitative mass spectrometry to obtain degradation profiles for thousands of proteins. We find that >10% of proteins are degraded non-exponentially. Specifically, proteins are less stable in the first few hours of their life and stabilize with age. Degradation profiles are conserved and similar in two cell types. Many non-exponentially degraded (NED) proteins are subunits of complexes that are produced in super-stoichiometric amounts relative to their exponentially degraded (ED) counterparts. Within complexes, NED proteins have larger interaction interfaces and assemble earlier than ED subunits. Amplifying genes encoding NED proteins increases their initial degradation. Consistently, decay profiles can predict protein level attenuation in aneuploid cells. Together, our data show that non-exponential degradation is common, conserved, and has important consequences for complex formation and regulation of protein abundance.

 


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