科学家揭示了一种基本蛋白质运输复合物的内部工作原理

　　利用最先进的细胞成像和基因组编辑技术，威斯康星大学麦迪逊分校的科学家们已经开始揭示这些蛋白质是如何发挥其基本功能的。这一发现最终可以帮助研究人员更好地理解和开发新的治疗方法，治疗癌症、糖尿病和导致免疫功能障碍的疾病。

　　

就像邮递员能够在雨雪、炎热和黑暗中投递包裹一样，一组关键的哺乳动物蛋白质即使在不太理想的条件下也能帮助细胞正常工作。

利用最先进的细胞成像和基因组编辑技术，威斯康星大学麦迪逊分校的科学家们已经开始揭示这些蛋白质是如何发挥其基本功能的。这一发现最终可以帮助研究人员更好地理解和开发新的治疗方法，治疗癌症、糖尿病和导致免疫功能障碍的疾病。

由生物分子化学系教授Anjon Audhya领导的研究小组试图更好地了解外壳蛋白复合物II (COPII)的功能。COPII是一组极其重要的蛋白质，负责运输哺乳动物细胞中大约三分之一的功能蛋白质。

COPII是2013年诺贝尔生理学或医学奖的一个主题，该奖项授予了三位科学家，以表彰他们在定义蛋白质如何在细胞周围分类和运输方面的工作。这项新研究建立在这些发现的基础上。

哺乳动物细胞中有数百万种蛋白质，它们执行各种各样的任务。细胞必须确保蛋白质有效地移动到适当的位置，这样它们才能发挥细胞的作用——这是一项需要精确的复杂任务。先前的研究发现COPII是这一过程的重要组成部分，但没有人确切地记录下这组蛋白质是如何在细胞周围包装和运输其他蛋白质的。

为此，Audhya和他的同事们使用CRISPR/Cas9基因组编辑工具向参与控制细胞内交通流的单个蛋白质(包括组成COPII复合体的一些蛋白质)添加了一个标签，该标签可以与明亮的荧光染料化学连接。有了这个标签，科学家们就可以在蛋白质在活细胞中移动时跟踪它们。

使用一种叫做点阵光片成像的技术，研究小组追踪了COPII如何帮助获得细胞蛋白质，包括注定要到达其他地方的分子，这是以前从未做过的事情。

该团队在最近发表在《Nature Communications》杂志上的一篇论文中描述了他们的进展。Audhya用邮政系统来描述它。研究人员知道，COPII的功能就像捡起和递送包裹的邮政工人，但他们从未跟踪过这些工人，因为他们通过细胞的分发和递送系统对包裹进行分类。

“我们现在可以看到邮箱里的信封，看到邮递员是如何来到邮箱里取信然后开车离开的，”Audhya说，他是医学和公共卫生学院负责基础研究、生物技术和研究生学习的高级副院长。

研究人员发现，在正常情况下，这种传递过程平均需要45到60秒。然而，由于某些疾病和环境条件，当细胞接受的营养不足时，这一过程就会显著减缓，至少直到细胞能够随着时间的推移适应。

通过一系列的实验，Audhya和他的同事们能够识别出一种名为Sec23的蛋白质，这种蛋白质能够帮助恢复被破坏后的COPII运输系统。当科学家们增加细胞内Sec23的产量时，他们发现细胞运输蛋白质的速度发生了变化，“这是我们开始这项工作时从未预料到的，”Audhya说。“Sec23似乎是调节COPII复合体功能的核心角色。”

确定触发Sec23促进COPII功能的因素对许多疾病具有潜在意义。例如，癌细胞经常在营养匮乏的环境中惊人地生长，部分原因是产生了更多促进生长的某些蛋白质。了解这种特性背后的分子机制可以确定新的治疗靶点。

除此之外，更精确地了解细胞正确制备和传递蛋白质的过程，可以帮助我们了解细胞正常功能的基本知识，以及癌症、2型糖尿病、神经退行性疾病和免疫紊乱等疾病中可能出现的问题。

“了解细胞中存在的这些基本过程和调控系统最终可以为开发更合理的疾病干预方法铺平道路，”Audhya说。