科學家研究細胞回路如何回收蛋白質



人類細胞將多余或無法使用的蛋白質分解成可以使用的氨基酸,但科學家對此并不了解。我們知道細胞可以回收蛋白質以節省能量,但是發生這種情況的方式,方式和時間則是另外一回事了。

科學家研究細胞回路如何回收蛋白質

通過一項為期四年,接近114萬美元的美國國家科學基金會撥款,Butzin將領導一個科學家團隊,他們將研究調節蛋白質生產,降解和修飾過程的細胞回路。

為此,他將與SDSU尼泊爾生物學和微生物學副教授Madhav和賓夕法尼亞州伯利恒Lehigh大學生物工程副教授Javier Buceta Fernandez合作。SDSU的兩名博士生和一名本科生也將從事該項目。

研究蜂窩電路

細胞具有內部時鐘,稱為振蕩,基因通過該時鐘根據對活生物體至關重要的生物過程調節蛋白質的產生。接通/斷開開關類似于電路中的那些開關。這種遺傳電路的振蕩在人類健康中起著重要作用。

Butzin說:“人體的正常功能是基于在正確的時間,正確的時期內協同工作的結果。許多癌癥是由我們細胞內的振蕩器錯誤引起的。”他指出,癌癥是不受控制的細胞生長。

他繼續說:“我們大腦中的神經元幾乎沒有開和關的鐘聲;我們認為與這些振動有何關系。” 對這種重要的細胞控制機制的更多了解可以使科學家對帕金森氏癥和阿爾茨海默氏癥等神經退行性疾病有更深入的了解。

建立合成電路

了解該電路在正常單元中的工作方式非常復雜,因此Butzin和他的團隊創建了“更簡單,更易于理解但具有與自然系統相同功能的合成電路”。

為了研究蛋白質加工,研究人員將DNA添加到大腸桿菌細胞中。他解釋說:“之所以稱為合成的,是因為大腸桿菌天然不具有這種DNA序列。然后細胞按照我們編碼到DNA中的指令進行操作。” 生物學家利用大腸桿菌細胞創建合成遺傳回路,其中每個基因產生一種帶有特定熒光顏色標記的蛋白質。

這些電路中的振蕩類似于圣誕樹上的燈。僅當蛋白質降解時,熒光燈才會熄滅。Butzin說:“蛋白質的降解,即每個基因的輸出,對于使單個細胞同步和振蕩至關重要。” 挑戰就在這里。

展開蛋白質加工

Butzin指出:“關于蛋白質的降解,我們還不清楚。”

例如,在細胞中,輔助蛋白將過量或無法使用的蛋白帶入蛋白酶進行加工。每個大腸桿菌細胞都有200萬種蛋白質,但只有約200種蛋白酶。

Butzin說:“很少有蛋白酶能處理大量蛋白質降解,因此它們必須非常有效。” “細胞可以產生更多的蛋白酶,但事實并非如此。我們的假設是,細胞具有少量的蛋白酶是有充分理由的,其中之一可能是快速發現問題的能力。”

這就引發了關于蛋白酶何時具有過量的待降解蛋白質的問題。發生這種情況時,蛋白質必須排隊等候,稱為隊列。布贊說:“這是一種控制加工的非常有效的方法。”

像在計算機中一樣,處理單元會變慢,但不會崩潰。但是,他指出,“蛋白質黏附的時間很重要-蛋白質過多會使生物體失去適應能力。”

通過這個項目,研究人員希望改進和制造新的振蕩系統,以模仿生物體的內部時鐘,以了解有關細胞如何循環蛋白質的更多信息。




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