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简单的生物体可以产生10万亿个单一蛋白质的品种

2019-05-06 20:32:27 医疗快讯133℃

  简单的生物体可以产生10万亿个单一蛋白质的品种

  2005年9月21日

  由加利福尼亚大学圣地亚哥生物化学家领导的研究小组发现了一种简单的生物体可以生产10万亿个单一蛋白质的机制,这一发现提供了开发新药的新工具。

  在“自然结构与分子生物学”杂志的在线出版物中,研究人员描述了感染细菌的病毒(称为噬菌体或噬菌体)可以产生特定蛋白质变体的万花筒的机制。该论文将于10月出版于“自然结构与分子生物学”杂志上。

  由于这种程度的蛋白质多样性非常罕见,在试管中重建该过程可以为研究人员提供一种新方法来生成治疗性酶,疫苗和其他医学上重要的蛋白质。

  “这只是有史以来发现的第二种大规模可变蛋白质,”加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学教授Partho Ghosh解释说。

   “在噬菌体中,只有抗体比这种蛋白质具有更多的变异。然而,噬菌体用于产生这种多样性的遗传机制与动物用于产生抗体的遗传机制完全不同,并且具有使蛋白质具有更高稳定性的优势。” “如果我们能够从这些生物体中学习如何建立一个能够产生巨大变异的蛋白质的系统,就有可能将这些新蛋白质靶向特定的细胞来治疗疾病,”Ghosh的前博士后研究员斯蒂芬麦克马洪说。该实验室进行了大量的研究。“这个想法已经被生物技术行业所接受。”

  大量可变噬菌体蛋白的功能是将噬菌体与其感染的细菌连接。噬菌体“捕食者”蛋白质适合细菌上的“猎物”蛋白质,如三维拼图。然而,细菌不断改变其表面的蛋白质。为了跟上猎物蛋白质中不可预测的变化,噬菌体必须产生许多不同的捕食蛋白,至少有一种具有可接受的适合度。

  在他们的论文中,研究人员描述了如何通过改变捕食蛋白上仅12个位点中的一个或多个的氨基酸,噬菌体能够产生10万亿个蛋白质,每个蛋白质都有可能结合不同的猎物蛋白质。随着DNA被复制到蛋白质的RNA蓝图中,这种可变性就出现了。 12个位点的DNA碱基序列具有独特的特征,导致在复制过程中经常出错。结果,RNA最终指定了不同的氨基酸,并且产生了具有不同结构和化学性质的蛋白质。

  相关故事与自闭症相关的人脑蛋白质对果蝇行为有影响运动后脂肪释放的蛋白质改善健康对于中风恢复至关重要的脑源性蛋白质抗体是另一种必须应对快速进化的猎物蛋白质的捕食者蛋白质,因为微生物不断改变蛋白质在他们的表面上逃避免疫系统。与噬菌体蛋白不同,抗体具有复杂的环结构。除了构成抗体蛋白的氨基酸结构单元外,环的大小也不同。虽然这种机制可以产生超过100万亿种不同的抗体,但研究人员表示,在试管中复制它会非常具有挑战性,因为这种环会有不正确折叠的倾向。

  “由于其稳定性,噬菌体蛋白质成为在试管中产生蛋白质多样性的更好模型,”Ghosh实验室研究生Jason Miller解释说,他进行了大部分研究。“我们的发现表明大自然提供了至少有两种完全不同的方法可以产生大量的蛋白质变异,并为蛋白质开发开辟了一个全新的平台。“

  该论文的其他贡献者是东部大学化学系杰弗里劳顿;斯克里普斯研究所的Donald Kerkow; Marc Marti-Renom,Eswar Narayanan和Andrej Sali,加州大学旧金山分校生物制药科学和药物化学系; Asher Hodes和Jeffrey Miller,微生物学,免疫学和分子遗传学系,David Geffen医学院和加州大学洛杉矶分校生物学研究所;和谢尔盖杜拉托夫,多伦多大学微生物学和医学遗传学系。

  Stephen McMahon现在在苏格兰圣安德鲁斯大学的生物分子科学中心工作。

  出处:http://www.ucsd.edu/

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