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科学家研究细胞回路如何回收蛋白质

人类细胞将多余或无法使用的蛋白质分解成可以使用的氨基酸,但科学家对此并不了解。我们知道细胞可以回收蛋白质以节省能量,但是发生这种情况的方式,方式和时间则是另外一回事了。

通过一项为期四年,接近114万美元的美国国家科学基金会拨款,Butzin将领导一个科学家团队,他们将研究调节蛋白质生产,降解和修饰过程的细胞回路。

为此,他将与SDSU尼泊尔生物学和微生物学副教授Madhav和宾夕法尼亚州伯利恒Lehigh大学生物工程副教授Javier Buceta Fernandez合作。SDSU的两名博士生和一名本科生也将从事该项目。

研究蜂窝电路

细胞具有内部时钟,称为振荡,基因通过该时钟根据对活生物体至关重要的生物过程调节蛋白质的产生。接通/断开开关类似于电路中的那些开关。这种遗传电路的振荡在人类健康中起着重要作用。

Butzin说:“人体的正常功能是基于在正确的时间,正确的时期内协同工作的结果。许多癌症是由我们细胞内的振荡器错误引起的。”他指出,癌症是不受控制的细胞生长。

他继续说:“我们大脑中的神经元几乎没有开和关的钟声;我们认为与这些振动有何关系。” 对这种重要的细胞控制机制的更多了解可以使科学家对帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病有更深入的了解。

建立合成电路

了解该电路在正常单元中的工作方式非常复杂,因此Butzin和他的团队创建了“更简单,更易于理解但具有与自然系统相同功能的合成电路”。

为了研究蛋白质加工,研究人员将DNA添加到大肠杆菌细胞中。他解释说:“之所以称为合成的,是因为大肠杆菌天然不具有这种DNA序列。然后细胞按照我们编码到DNA中的指令进行操作。” 生物学家利用大肠杆菌细胞创建合成遗传回路,其中每个基因产生一种带有特定荧光颜色标记的蛋白质。

这些电路中的振荡类似于圣诞树上的灯。仅当蛋白质降解时,荧光灯才会熄灭。Butzin说:“蛋白质的降解,即每个基因的输出,对于使单个细胞同步和振荡至关重要。” 挑战就在这里。

展开蛋白质加工

Butzin指出:“关于蛋白质的降解,我们还不清楚。”

例如,在细胞中,辅助蛋白将过量或无法使用的蛋白带入蛋白酶进行加工。每个大肠杆菌细胞都有200万种蛋白质,但只有约200种蛋白酶。

Butzin说:“很少有蛋白酶能处理大量蛋白质降解,因此它们必须非常有效。” “细胞可以产生更多的蛋白酶,但事实并非如此。我们的假设是,细胞具有少量的蛋白酶是有充分理由的,其中之一可能是快速发现问题的能力。”

这就引发了关于蛋白酶何时具有过量的待降解蛋白质的问题。发生这种情况时,蛋白质必须排队等候,称为队列。布赞说:“这是一种控制加工的非常有效的方法。”

像在计算机中一样,处理单元会变慢,但不会崩溃。但是,他指出,“蛋白质黏附的时间很重要-蛋白质过多会使生物体失去适应能力。”

通过这个项目,研究人员希望改进和制造新的振荡系统,以模仿生物体的内部时钟,以了解有关细胞如何循环蛋白质的更多信息。

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