Nature Chemistry：核糖体功能研究的新方法

生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏

生物通首页 > 今日动态 > 正文

【字体：大中小】 时间：2022年11月03日 来源：Nature Chemistry

编辑推荐：

　　科学家报告了一种多肽稳定附着在tRNA上的方法，通过确定核糖体的原子级结构和多肽在核糖体内的形状，使他们对核糖体功能有了新的基本认识。

欢迎领取10x Genomic的Chromium单细胞免疫分析技术方案，了解如何以单细胞分辨率、从多组学角度探索免疫细胞的复杂多样性

濠电姷鏁搁崑鐐哄垂閸洖绠插ù锝呭濞存牠鏌曟繛褍妫楀皬闂備焦鏋奸弲娑㈠疮娴兼潙鐓樼€广儱顦伴悡鏇㈡煙娴煎瓨娑ф鐐瘁缚缁辨帡鎮╅崫鍕優缂備浇椴哥敮妤€顕ラ崟顓涘亾閿濆簼绨藉ù鐘虫綑椤啴濡堕崱妤冾儌闂佸摜濮甸悧鐘荤嵁閸℃稑绀冩い鏃囧亹椤︽澘顪冮妶鍛婵☆偅鐩畷鎰版倷閻戞ǚ鎷洪梺闈╁瘜閸欌偓婵＄偓鎮傞弻娑樷枎韫囨洜顔婂┑鈥冲级閸旀洟鍩為幋鐘亾閿濆骸浜滃ù鐘虫そ濮婅櫣绱掑Ο鑽ゅ弳闂佸湱鈷堥崑濠囧春濞戙垹鍐€妞ゆ挾鍟块幏鍝勵渻閵堝棗濮х紒韫矙瀹曨偄煤椤忓懐鍘遍梺鎸庣箓鐎氼剙鐣甸崱妯诲弿濠电姴鍊归崑銉р偓瑙勬礋娴滆泛顕ｉ幘顔藉亹闁告瑥顦伴悵锕傛⒒娴ｅ憡鎯堟い锔诲亰瀵彃饪伴崼鐔蜂画閻熸粍妫冮獮鍡樼瑹閳ь剟鐛幒鎳虫棃鍩€椤掆偓铻炴慨妞诲亾闁哄本鐩俊鐑藉閳╁啰褰囬柣鐔哥矋濠㈡ê岣块敓鐘茶摕闁靛ǹ鍎Σ鍫熶繆椤栨氨浠㈡い蹇ｅ幖椤啴濡堕崒娑欐闂佹悶鍎洪悡鍫濐潖閸ф鈷戦梺顐ゅ仜閼活垱鏅堕幘顔界厵鐎规洖娲ら弸鎴炵箾閻撳海绠诲┑鈩冩倐閺佸倿鏌ㄩ姘濡炪倖娲嶉崑鎾绘煛鐏炲墽鈽夐摶锝夋煟閹惧啿顒㈤柣搴ㄧ畺濮婃椽宕崟闈涘壈闂佸摜鍠愰幐鍐差嚕椤愩埄鍚嬮柛娑卞灡濞堟洟姊洪崨濠傚闁稿骸鍟块埢鎾诲蓟閵夛腹鎷虹紓鍌欑劍閿氬┑顔碱樀閺岀喖鎼归锝呯３閻庤娲滈弫濠氥€佸璺虹劦妞ゆ帒瀚弸浣衡偓骞垮劚椤︿即寮查幖浣圭叆闁绘洖鍊圭€氾拷闂傚倷娴囧畷鍨叏閹惰姤鈷旂€广儱顦崹鍌炴煢濡尨绱氶柨婵嗩槸缁€鍕叏濠垫挾顔嘓ot缂傚倸鍊搁崐宄邦渻閹烘梻鐭氶柛顐ｆ礀閸ㄥ倻鐥鐐村櫡濞存粌缍婇弻娑㈠Ψ椤旂厧顫╅梺绋胯閸旀垿寮婚敐澶婃闁圭ǹ楠搁弳鍫ユ⒑鐠囨彃鍤遍柟鍑ゆ嫹

Polikanov-Syroegin paper image — 图:说明Syroegin等人开发的天然化学结扎方法的原理。将半胱氨酸氨基酸(红色)添加到tRNA(左上蓝色)中，可以使tRNA融合到肽(左下黄色)中。由此得到的核糖体结构(中)和捕获的核糖体内部肽基trna的电子密度图(右)是在UIC实验中通过x射线晶体学得到的。

在被称为核糖体的微小细胞机器中，被称为信使rna (mRNAs)的遗传物质链与相应的转移rna (tRNAs)相匹配，形成氨基酸序列，这些氨基酸作为蛋白质离开核糖体。未完成的蛋白质被称为新生链体，它们被留在核糖体上。

欢迎索取10x Genomics的《单细胞基因表达样本制备指南》>>濠电姷顣藉Σ鍛村磻閸曨剚鍎熸繝濠傜墕缁狀垶鏌ㄩ悤鍌涘 闂傚倸鍊风粈渚€骞夐敓鐘冲仭闂侇剙绉寸粻顖炴煥閻曞倹瀚�

科学家们知道，其中一些新生的链可以调节核糖体的活性，而且新生的链有时会干扰抗生素——许多抗生素是通过针对细菌核糖体活性起作用的。科学家们不知道为什么会发生这种情况，主要是因为当未完成的蛋白质仍然连接在核糖体上时，很难想象核糖体-肽-药物之间的相互作用是什么样子的。

现在，伊利诺伊大学芝加哥分校的科学家第一个报道了一种多肽稳定附着在trna上的方法，这使他们通过确定核糖体的原子级结构和这些多肽在核糖体内的形状，对核糖体功能有了新的基本认识。

“我们面临的挑战是近距离观察核糖体的结构和新生肽存在时的出口通道，因为在自然界中，核糖体非常容易让我们捕捉图像或进行实验，”文理学院生物科学系副教授尤里·波利卡诺夫(Yury Polikanov)说。“在这种新方法出现之前，我们基本上看不到核糖体活性部位在这个关键时刻发生了什么。”

Polikanov和他的同事Egor Syroegin (UIC生物科学博士候选人)使用了一种叫做原生化学结扎的方法，将自定义多肽与tRNA融合，生成所谓的肽基tRNA。

Polikanov说:“获得与多肽相连接的tRNA分子，类似于蛋白质合成过程中核糖体内的那些分子，一直是该领域许多研究人员近20年来的梦想。”“这是非常具有挑战性的，因为没有酶可以直接将肽连接到tRNA上。”

“这种方法在化学中已经使用了很长时间，但从未以这种方式应用过。它基本上是在模仿自然，有了先进的成像经验，我们现在可以在高分辨率下看到自然是如何工作的，”Syroegin说。

通过这种新方法，Polikanov和Syroegin确定了一组携带不同长度肽基trna的核糖体的高分辨率结构。

婵犲痉鏉库偓妤佹叏閻戣棄纾绘繛鎴欏灪閸婅埖绻濋棃娑卞剰缂佺姷鍠栭弻銊╂偆閸屾稑顏� 细胞计数，看上海科进！

Polikanov说，对这些结构的详细分析为核糖体催化中心的机制提供了新的、令人惊讶的见解，并回答了核糖体领域几个长期存在的基本问题。

Syroegin说:“我们发现，根据不同的序列，不同的肽可以在核糖体隧道内形成不同的形状或褶皱，我们可以合成不同序列的不同肽，然后非常精确地遵循它们的形状，因为我们的结构具有高分辨率。”“所以现在，我们可以非常自信地说，‘这些肽，这个序列，有这个形状’或‘另一个肽有另一个形状。’这很重要，因为新生肽折叠决定了药物是否会抑制核糖体。”

“这种方法为结构和功能研究开辟了无数的途径，旨在理解核糖体功能的机制，以及由某些抗生素诱导的序列特异性核糖体停滞，”Polikanov说。

Polikanov和Syroegin是这篇论文的共同作者，“从非阻滞核糖体新生链复合体的结构洞察核糖体功能”，以及?Elena Aleksandrova, UIC生物科学系的研究专家。

这项工作得到了美国国立卫生研究院(R01-GM132302, R21-AI163466)、美国国家科学基金会(MCB-1907273)和伊利诺伊州启动基金的支持。这项工作是基于在阿贡国家实验室先进光子源的东北合作访问小组光束线(DE-AC02-06CH11357)进行的研究。