科學家揭示細胞內隱藏的警告系統
慕尼黑路德維希馬克西米利安大學 (LMU) 的研究人員發現，核醣體如何能夠在出現問題時向細胞發出警報。
核醣體被稱為細胞中的蛋白質製造者。它們結合併轉錄 mRNA，解釋遺傳密碼並連接氨基酸以形成新的蛋白質。然而，它的作用超出了鹼性蛋白質生產的範圍。核醣體還有助於檢測細胞壓力，並在細胞遇到有害條件時觸發保護行動。由慕尼黑慕尼黑大學基因中心的 Roland Beckmann 教授領導的國際團隊現已確定了觸發這一壓力信號傳導過程的關鍵步驟。研究結果發表在《自然》雜誌上。
壓力如何破壞蛋白質的產生
蛋白質合成對氨基酸有限、mRNA 受損或病毒感染等擾動非常敏感。這些形式的壓力會干擾正常的 mRNA 讀取，並可能導致核醣體停滯並相互碰撞。當發生碰撞時，它們會觸發所謂的核醣體應激反應（RSR）。這種反應會激活修復損傷或在必要時啟動細胞凋亡的途徑。
使用生物化學和冷凍電子顯微鏡研究 ZAK
ZAK 蛋白（一種所謂的激酶，一種通過將磷酸基轉移到其他分子上來激活其他分子的酶）在控制這種應激反應中發揮著核心作用。到目前為止，尚不清楚 ZAK 如何檢測哪些核醣體發生碰撞並使用該信息來激活信號通路。通過將生化實驗與低溫電子顯微鏡相結合，研究小組證明核醣體碰撞是ZAK的主要激活信號。
科學家們已經確定了 ZAK 如何與核醣體結合，以及碰撞核醣體的哪些結構特徵對其激活是必需的。他們發現 ZAK 與特定核醣體蛋白相互作用，導致 ZAK 的某些區域收縮，這意味著該蛋白的兩個拷貝配對。這種配對啟動了細胞信號級聯。
為什麼了解 ZAK 很重要
“出於多種原因，更深入地了解這些機制非常重要，”貝克曼說。據他介紹，ZAK 在應激反應的早期階段發揮作用，因此學習如何識別核醣體碰撞可以深入了解細胞如何快速檢測擾動。它還有助於解釋核醣體、下游信號網絡和免疫系統的質量控制反應如何協調。
ZAK 還具有醫學重要性，因為異常的 ZAK 活性與炎症性疾病和持續的核醣體應激有關。 “因此，我們的研究結果強調了真核生物應激生物學的核心原理，”貝克曼說。 “翻譯機製本身在這裡充當了一個監控平台，從中發布全球壓力信號。”
