來(lái)自斯克里普斯研究所（TSRI）的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種新型的化學(xué)修飾，其影響了哺乳動(dòng)物細(xì)胞中大量的蛋白質(zhì)。這種修飾似乎對(duì)包括葡萄糖代謝在內(nèi)的一些重要細(xì)胞過(guò)程起調(diào)控作用。進(jìn)一步地研究這種修飾有可能推動(dòng)深入地了解糖尿病、癌癥和其他疾病的病因
TSRI化學(xué)生理學(xué)系主任、Skaggs化學(xué)生理學(xué)研究所成員Benjamin F. Cravatt說(shuō)：“它似乎是葡萄糖代謝中的一種內(nèi)在反饋機(jī)制，但我懷疑它在整個(gè)細(xì)胞中還發(fā)揮了其他的功能，如果這些功能得到更充分地闡明，將會(huì)一樣地令人感興趣。”
Cravatt和他的博士后研究人員Raymond E. Moellering將研究結(jié)果報(bào)告在8月2日的《科學(xué)》（Science）雜志上。
Cravatt實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期研究可以改變蛋白質(zhì)功能，開(kāi)啟或關(guān)閉它們的生物學(xué)活性，或是從其他方面改變它們的自然化學(xué)修飾。得到較好了解的化學(xué)修飾包括磷酸化作用和乙酰化作用。
為了搜尋新的蛋白質(zhì)修飾子，Cravatt和Moellering決定對(duì)稱作為1,3二磷酸（1,3-BPG）的小分子展開(kāi)研究。這一分子的化學(xué)組成表明，它可能很容易與某些蛋白質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)形成半*性的、改變功能的修飾。1,3-BPG是在糖酵解過(guò)程中生成的主要“中間產(chǎn)物”分子之一。糖酵解是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為細(xì)胞燃料的一種核心代謝信號(hào)通路。
“考慮到1,3-BPG是這樣一種中間代謝產(chǎn)物，它的內(nèi)在反應(yīng)在我們看來(lái)有些奇怪，”Moellering回憶說(shuō)。
Moellering的初期試管實(shí)驗(yàn)表明，1,3-BPG確實(shí)與某些賴氨酸發(fā)生反應(yīng)改變了GAPDH這一介導(dǎo)1,3-BPG生成的酶。“它向我們*次表明發(fā)生了這種反應(yīng)，我們因此開(kāi)始在細(xì)胞內(nèi)找尋它，”他說(shuō)。
在設(shè)計(jì)出一些新的方法在人類細(xì)胞培養(yǎng)物中檢測(cè)這一*的賴氨酸修飾后，Moellering很快發(fā)現(xiàn)，它存在于其他的一些葡萄糖代謝酶，以及看似與葡萄糖代謝無(wú)關(guān)的蛋白質(zhì)上。
“我們所走的每一步，都讓這一項(xiàng)目變得更加的有趣，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)了一些跡象，表明這種反應(yīng)不僅頻繁發(fā)生于細(xì)胞和動(dòng)物組織中，還存在于意外的細(xì)胞位置，”Moellering說(shuō)。
他不僅在細(xì)胞溶質(zhì)中的蛋白質(zhì)上檢測(cè)到了這種新賴氨酸修飾的標(biāo)記，也在細(xì)胞核中，甚至是細(xì)胞膜區(qū)室上檢測(cè)到了它。
Cravatt說(shuō)：“看起來(lái)無(wú)論GAPDH在細(xì)胞內(nèi)的何處，它都能夠催化局部生成1,3-BPG，1,3-BPG轉(zhuǎn)而與鄰近的蛋白質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)改變了它們的結(jié)構(gòu)和功能。”
Moellering發(fā)現(xiàn)，當(dāng)1,3-BPG賴氨酸修飾發(fā)生在葡萄糖代謝酶上時(shí)，它往往會(huì)抑制葡萄糖代謝酶的活性，減慢重要的葡萄糖加工過(guò)程，由此導(dǎo)致加工信號(hào)通路中的某些葡萄糖代謝產(chǎn)物累積。Moellering和Cravatt懷疑，這些過(guò)多的代謝產(chǎn)物可能zui終分流到了除基本燃料生成之外的其他細(xì)胞過(guò)程中，這些過(guò)程促進(jìn)了新分子合成，甚至細(xì)胞增殖。
Moellering還發(fā)現(xiàn)，1,3-BPG以及它對(duì)蛋白質(zhì)所做的修飾隨著葡萄糖水平增高而更加的普遍。在葡萄糖代謝情況下，1,3-BPG修飾似乎充當(dāng)了調(diào)控重要代謝信號(hào)通路的一個(gè)非常古老的反饋機(jī)制。
細(xì)胞內(nèi)葡萄糖加工異常是包括癌癥和糖尿病在內(nèi)的許多重大疾病的特征。“例如，相比于同類型的非癌細(xì)胞，癌細(xì)胞生成的葡萄糖要高20倍，”Moellering說(shuō)。現(xiàn)在他想要查明1,3-BPG是否是這些細(xì)胞中問(wèn)題的組成部分。在異常高水平時(shí)，可以料想它可能幫助將葡萄糖代謝推向了失控的細(xì)胞增殖，這是癌癥的一個(gè)標(biāo)志。
Moellering和Cravatt還想更多地了解1,3-BPG賴氨酸修飾在細(xì)胞核以及細(xì)胞膜區(qū)室中的作用。“我們懷疑它也是作為一種信號(hào)傳遞機(jī)制，將葡萄糖代謝與其他的信號(hào)通路連接到了一起，”Moellering說(shuō)。
Moellering發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，有一些酶發(fā)揮作用逆轉(zhuǎn)了1,3-BPG對(duì)賴氨酸的修飾，表明這種修飾有可能是細(xì)胞中一種基礎(chǔ)的、動(dòng)態(tài)的機(jī)制。“我們想查明是哪些酶催化了除去這一修飾。因?yàn)閺脑砩?，我們能夠利用這些酶的抑制劑來(lái)控制這種修飾的水平，更好地了解它的生物功能以及它發(fā)生的條件，”Cravatt說(shuō)。
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