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新发现:心脏存在未知小蛋白

2019-06-04 13:16 作者:洛辰 来源:上海远慕生物试剂

由Norbert Hübner教授研究小组领导的一支研究团队观察正在工作的人类心脏细胞“蛋白质工厂”时,惊讶地发现了一个未知的小蛋白,而且它对未来心脏病治疗具有潜在意义。文章发表在《Cell》杂志。

人心容纳着许多秘密。不仅是在形象的、情感意义上,从理性的、科学角度来看,我们对这个为全身每个细胞提供氧气功能的肌肉器官知之甚少,也不知道它为什么有时失灵。

现在,发表在科学杂志《Cell》上的一项研究对这个最重要的器官有了更多的了解。由MAX DELBRüCK分子医学中心(MDC)领导的一个由56名研究人员组成的国际小组检查了健康人和心脏病患者心脏细胞中的核糖体所产生的蛋白质。结果令人惊讶——新发现了大量以前完全未知的迷你蛋白质。

DNA包含的蓝图比以前想象的要多得多

储存在每个细胞核中的DNA包含了人体内产生的所有蛋白质的蓝图。蛋白质的产生是两步过程:转录和翻译。第一步,DNA片段的拷贝以信使RNA(mRNAs)的形式产生,然后离开细胞核。第二步,核糖体利用细胞中游离的单个氨基酸来产生相应的蛋白质。尽管我们对转录的科学研究比较多,但对翻译过程的了解却相对较少。

MDC心血管疾病组、该研究的主要作者Sebastiaan van Heesch博士解释说:“借助一种被称为核糖体分析(Ribo-Seq)的相对较新技术,我们现在已经能够首次确定不仅是孤立细胞中的,而且是完整的人类心脏组织中,迁移到核糖体的mRNA。然后利用特殊算法,我们可以计算出在翻译过程中,心脏中产生的蛋白质。”

利用这种策略,研究人员发现了一系列以前未知的微型蛋白质。van Heesch和研究小组的另一个令人惊讶的发现是,许多微蛋白质是由不被认为具有编码特性的RNA编码的,也就是说,过去它们不曾被认为携带构建蛋白质的指令。

大多数迷你蛋白质被用来生产能量

利用特殊的显微技术,科学家们随后观察到,一旦被生产出来,超过一半的这些迷你蛋白迁移到线粒体中。“意味着它们显然被用于了心脏的能量生产过程。由于许多心脏病都是由能量代谢不良引起的,我们对这个结果特别感兴趣。”

为了检测疾病心脏和健康心脏的翻译本(反应形成的蛋白质总量)之间的可能差异,科学家们检查了65名扩张型心肌病(DCM)患者的组织样本。在预定的心脏手术期间,通过活检从患者身上提取样本,以及15例健康心脏组织。

“DCM患者需要在生命中的某个时刻接受心脏移植,它是由titin基因突变引起的,titin基因是人类心脏中最大和最重要的蛋白质。该基因突变的结果是,在线粒体中产生一个停止信号,告诉核糖体在完成titin之前停止工作,”van Heesch解释说。“然而,并非所有携带这种基因突变的人都会发展成DCM。”

治疗心脏病

van Heesch和他的同事们现在正在调查背后的原因。“我们已经观察到核糖体有时可以简单地忽略这个停止信号,不受titin产生的影响,”研究人员说。“现在的目标是找出这种情况发生的条件,”van Heesch解释道。“这可能取决于基因突变在mRNA上的位置,但也可能是一个因素的结果,一旦确定,将扭转现有的治疗困境。”

van Heesch和他的同事们还希望更密切地研究新发现的微结构的作用。“这些蛋白质在进化上似乎相当年轻。例如,我们在老鼠的心脏里找不到它们。”他声称“这些物质提供了进一步的证据,证明人类的心脏有多么特殊。”此外,科学家希望有朝一日能够利用这些蛋白质诊断心脏病,或者作为未来治疗的目标结构,能在治疗心脏能量代谢紊乱方面比以往更有效。

 

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