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PNAS:發現節能的新型分子開關

日期:2013-05-30 08:59:09

科學家們在鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella Typhimurium)中,首次發現了一種特殊的S-硫醇化分子開關,這種保護性開關可以幫助細菌適應感染過程中的環境改變,文章提前發表在美國國家科學院院刊PNAS雜志的網站上。

 

在細胞經受壓力時,S-硫醇化(S-thiolation)能夠保護蛋白避免發生不可逆的化學改變。研究指出,新發現的S-硫醇化開關可以在調節蛋白活的同時,為蛋白提供保護。這一發現增進了人們對沙門氏菌感染機制的理解。

 

鼠傷寒沙門氏菌會感染人類引發食物中毒,對于老年人和幼兒來說這種細菌非常危險。人們往往通過蛋白質組學方法,來分析細菌感染和致病的關鍵蛋白。這類方法大多需要對蛋白進行切割,來檢測細胞中的全體蛋白。但研究人員希望對全長蛋白進行研究,因為全長蛋白能夠反映更多的蛋白調控信息。

 

細胞通過多種途徑調節蛋白的功能,最常見的是給蛋白添加分子進行修飾。以切割蛋白為基礎的蛋白質組分析,可以鑒定蛋白是否存在,但并不能反映蛋白是否具有功能,也無法展現蛋白修飾的情況。

 

研究人員分別在營養豐富和營養匱乏環境下培養沙門氏菌,其中的營養匱乏環境是模擬細菌感染時所經受的環境壓力。他們利用能分析全長蛋白的top-down蛋白組學方法,在沙門氏菌中鑒定了563個獨特蛋白,這些蛋白共有1,665種不同的修飾形式。研究人員指出,top-down蛋白組學方法對于研究調控信息特別有用。

 

隨后,研究團隊針對S-thiolation修飾進行了分析。蛋白上的硫原子容易相互連接形成畸形蛋白,而這種修飾會覆蓋并保護硫原子。S-thiolation修飾主要有兩種形式,谷胱甘肽修飾和半胱氨酸修飾。

 

研究顯示,沙門氏菌中共有25個谷胱甘肽修飾的蛋白,18個半胱氨酸修飾的蛋白。其中有9個蛋白比較特別,這些蛋白上的一個位點既可能發生谷胱甘肽修飾,也可能發生半胱氨酸修飾。研究人員發現,在營養充足時,沙門氏菌在上述位點采用谷胱甘肽修飾。而在營養匱乏的壓力環境下,這些位點就會換上半胱氨酸修飾。

 

此外研究人員還發現,這種S-thiolation修飾的轉換是沙門氏菌所獨有的。他們在大腸桿菌、鼠疫耶爾森氏菌等其他細菌中,未能發現這樣的開關。研究人員認為,沙門氏菌在壓力條件下,將較小的半胱氨酸修飾作為一種節能的調控方式。

 


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