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Science Signaling:用光照射一种酶就能揭示它在新陈代谢中的作用
【字体: 大 中 小 】 时间:2023年02月23日 来源:AAAS
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来自东京大学的Takeaki Ozawa和他的团队揭示了激活一种名为Akt2的酶后的代谢反应。在此过程中,他们揭示了胰岛素调节代谢的内部运作。这一发现为akt2靶向治疗糖尿病和代谢紊乱开辟了道路。
来自东京大学的Takeaki Ozawa和他的团队揭示了激活一种名为Akt2的酶后的代谢反应。在此过程中,他们揭示了胰岛素调节代谢的内部运作。这一发现为akt2靶向治疗糖尿病和代谢紊乱开辟了道路。
做任何事都需要能量,生存更是如此。你可以通过代谢食物将葡萄糖转化为能量:这要归功于你细胞内的许多级联分子反应。只要你吃东西,你的胰腺就会分泌胰岛素激素,开始各种代谢过程。就好像这是一场分子接力游戏,胰岛素与受体结合,通过激酶介导的分子反应触发了通信链。Akt2就是这样一种参与胰岛素调节的细胞代谢过程的激酶。
“细胞代谢包括许多调节营养储存和能量产生的分子途径,这些都受到胰岛素的影响或控制。我们知道许多参与胰岛素通路的关键分子。但我们现在感兴趣的是这些参与者作为个体是如何发挥作用的,”当被问及他们研究Akt2的动机时,Ozawa说。
但这并非易事。细胞代谢就像一个繁忙的市场,RNA、蛋白质和代谢物同时工作。这使得在这个过程中研究特定的生物分子具有挑战性。即使一个生物分子不能正常工作,也会导致代谢紊乱,如糖尿病。因此,Ozawa和他的团队开始着手解决这个具有挑战性的问题。
他们使用了一种新的分析方法,称为“跨组学(transomics,生物通注)”分析,配合“光遗传学”技术。光遗传学技术允许研究人员通过将光照射到细胞内的光敏Akt2分子来特异性地激活Akt2。当他们打开光源,所有的Akt2分子在细胞膜上聚集。把光源关了,Akt2就失效了。跨组学分析结合了代谢过程中涉及的生物分子的大规模数据:蛋白质(蛋白质组学)、表达基因或RNA转录物(转录组学)和代谢物(代谢组学)。
为了了解Akt2激活的后果,研究人员在小鼠骨骼肌细胞中激活了Akt2。然后,他们收集了不久之后产生或降解生物分子的大规模数据。跨体细胞分析揭示了由Akt2激活引发的分子网络。
令他们惊讶的是,与胰岛素相比,Akt2使用不同的调节机制。akt2调控的网络包括9个基因、56种代谢酶和23种代谢物。但胰岛素调节网络包括32个基因,43种代谢酶和18种代谢物。在一些代谢反应中,Akt2单独起作用;在其他情况下,它与其他酶起作用。值得注意的是,Akt2在启动糖酵解(包括分解葡萄糖产生能量)和核苷酸代谢(包括合成或分解DNA和RNA)中起着至关重要的作用。
Ozawa说,“这些结果有助于阐明由Akt2功能突变引起的疾病发病机制,它们还可以帮助开发针对Akt2的药物。本研究的分析框架也适用于其他生物分子。因此,这种方法可以用于分析细胞内特定酶的功能。”