当细胞面对压力

当细胞承受高水平的压力时,细胞内的核糖体会发生碰撞,从而引起“交通堵塞”。

当我们提到心理学层面的压力时,相信大家或多或少都有体会。那么当细胞面临压力时,会发生什么呢?

简而言之,当细胞承受高水平的压力时,比如过多地暴露在紫外线下,细胞内的核糖体会发生碰撞,从而引起“交通堵塞”。

当细胞面对压力
人体核糖体的一个模型。图源: NIH 3D Print Exchange

核糖体,是细胞中的一种细胞器,主要成分是相互缠绕的RNA和蛋白质。核糖体是细胞内蛋白质合成的场所,能读取信使RNA核苷酸序列所包含的遗传信息,并使之转化为蛋白质中氨基酸的序列信息以合成蛋白质。

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核糖体沿着信使RNA传播遗传物质,合成蛋白质。当细胞承受的压力增大时,信使RNA受损,核糖体将不能沿着从信使RNA到合成蛋白质这条“高速公路”行进,他们会像分子一样相互碰撞。由于这些核糖体无法到达信使RNA的末端,因此会产生不完整的蛋白质。

不完整的蛋白质聚集会导致疾病,所以细胞需要的是阻止这些不完整蛋白质的产生和聚集。

当细胞面对压力
图源: Pixabay

当核糖体彼此之间的碰撞频次较低时,细胞通常还可以恢复。主要是得益于一种内部应激反应的途径,使细胞免于死亡。但是当碰撞频次增加时,细胞会触发核糖毒性应激反应,这也是导致细胞“自杀”的途径。

那么如何高效地指挥从RNA到蛋白质这一条高速公路上的交通,避免核糖体之间的碰撞呢?

最近,来自美国的一个研究团队,向实验室中培养的哺乳动物细胞中添加了一种阻止核糖体运动的抗生素。研究发现,未经抗生素处理的细胞,交通顺畅,核糖体的移动不会引起交通堵塞。在高剂量的抗生素作用下,核糖体完全停止了移动。

然而,在中等剂量的抗生素作用下,研究人员观察到普遍存在的核糖体碰撞,同时研究人员还发现了一种名为ZAK的关键蛋白质。ZAK蛋白质结合到核糖体上,自身被激活,从而参与到内部应激反应和核糖毒性应激反应中。

该研究团队目前计划通过冷冻电镜技术 (参见: 迄今为止最厉害的显微镜,究竟能看到什么?),对该蛋白质的结构及其与核糖体的结合位点进行深入研究,以期了解不同类型的细胞在面临压力时,是如何受核糖体碰撞的影响。这项研究潜在的应用,便是通过ZAK蛋白质介导的途径设计靶向药物,从而改变细胞的“命运”。

原文: Vanessa Wasta

编译: SciTeller

参考文献:

  1. Colin Chih-Chien Wu et al, “Ribosome Collisions Trigger General Stress Responses to Regulate Cell Fate”, Cell, 2020, 182, 404-416.
  2. “Research Story Tip: Cells under Stress Get Into Molecular ‘Traffic Jams,’ Triggering a Suicide Pathway”, The Johns Hopkins University, August 04, 2020.

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