查看原文
其他

Science亮点 | 核仁新功能——通过相分离修复错误折叠蛋白

小彭彭 BioArt 2022-04-17

撰文 | 小彭彭

责编 | 酶美


蛋白质组的稳态是维持细胞正常生理活动所必需的。其中,错误折叠蛋白的及时降解或修复是关键过程。为了维持正常生理条件与胁迫条件下的蛋白质稳态,细胞演化出了多种机制以避免形成潜在的毒性聚合物,该过程受限与诸如老年痴呆、亨廷顿、渐冻症等多种神经退行疾病密切相关。


德国马普研究所M.S. Hipp, F.U. Hartl以及R. Jungmann组于7月11日在Science上在线发表了文章 The nucleolus functions as a phase-separated protein quality control compartment ,发现核仁可以通过相分离实现错误折叠蛋白的修复。 

 


细胞核中富含胁迫敏感蛋白,在胁迫条件下发生错误折叠。为了研究错误折叠蛋白的修复过程,作者巧妙地设计了一个报告系统。该系统是在239T细胞中表达了一个融合蛋白NLS-LG,包含有核定位序列NLS、受热诱导错误折叠的荧光素酶以及热稳定的GFP。研究发现,该蛋白在热刺激下(43℃, 2h),发生错误折叠,随后由原来的核质弥散状态聚集到富含相分离蛋白NPM1的核仁中,热刺激消失后该分子重新回到核质(图1 A)。另外,倘若用PBT稳定荧光素酶使其不发生错误折叠,蛋白就不会进入核仁(图1 A)。更高分辨率观察发现,错误折叠蛋白是进入核仁中相分离的GC(granular compartment)区,而不在FC(fibrillar center)DFC(dense fibrillar component)(图1 B)

  

图1 热刺激引起蛋白错误折叠,进入核仁GC相,热刺激消失后回到核质


错误折叠蛋白进入核仁后会发生什么呢?作者首先在NLS-LG蛋白中加入核仁定位序列,形成No-LG报告系统,之后进行FRAP实验,结果表明热刺激引起的错误折叠蛋白在进入核仁后,移动速度变慢(图2 A)。进一步研究表明,错误折叠蛋白进入核仁后会与GC相分离蛋白NPM1结合,形成的复合物移动速度显著下降,从而避免了错误折叠蛋白的不可逆凝聚(图2 B)

  

图2 A.错误折叠蛋白进入核仁后速度变慢 B.多种热敏感蛋白能与NPM1相互作用


作者还发现错误折叠蛋白在GC区可被修复,负责帮助蛋白质折叠的分子伴侣Hsp70能够在热刺激条件下进入核仁,并且与NPM1结合。更重要的是,使用药物VER抑制Hsp70(图3 A)或者用RNA聚合酶1抑制剂Act D(图3 B)破坏核仁,错误折叠蛋白均不能修复,反而形成不可逆聚集物。

  

图3 抑制分子伴侣Hsp70(A)以及抑制核仁结构(B)都会抑制错误折叠蛋白的修复


进一步研究发现,核仁修复折叠紊乱蛋白的质控能力是有限度的。在热刺激实施2h后,核仁体积显著增大到最大尺寸,当时间过长或者分子存在致病结构时,错误折叠蛋白不可逆聚集成固体淀粉样状态,热刺激停止后不能恢复(图4)

 

图4 A.热刺激过长时间形成淀粉样沉积 B.致病二肽分子热刺激后不能恢复


最后,总结起来,细胞在胁迫条件下,部分细胞核蛋白发生错误折叠,之后会进入核仁与GC相NPM1蛋白结合,降低移动速度以避免过度凝聚,形成一种相分离状态;另一方面在分子伴侣Hsp70的帮助这些错误折叠蛋白将重新折叠,在胁迫消失后回到核质发挥功能。但是当胁迫过度或分子存在致病结构时,核仁将无法帮助错误折叠蛋白完全恢复,导致细胞功能障碍(图5)该项工作首次发现核仁可以作为相分离蛋白质控中心,发挥修复折叠紊乱蛋白的功能,拓展了人们对核内蛋白质组稳态的理解。


图5 核仁修复错误折叠蛋白工作模型


原文链接:

https://science.sciencemag.org/content/sci/early/2019/07/10/science.aaw9157.full.pdf


制版人:珂


您可能也对以下帖子感兴趣

文章有问题?点此查看未经处理的缓存