我们的身体通过生成和降解蛋白质,控制许多的细胞过程来维持体内稳态。蛋白酶体复合物在需要进行调控之时充当垃圾处理系统,负责降解细胞蛋白质。蛋白酶体复合物突变可导致如癌症、神经退行性疾病和自身免疫性疾病等疾病发生。
当前,有一种名为Velcade抗癌药物被用于降低蛋白酶体功能,治疗多发性骨髓瘤。在过去的20多年里,科学家们一直致力于开展蛋白酶体复合物研究,以期开发出更有效,且副作用更小的抗癌药物及治疗。然而由于蛋白酶体复合物是由大约30个不同的蛋白质构成,其尺寸较大且结构复杂,通过分析其3D结构来了解蛋白酶体功能一直存在着许多的困难。
蛋白酶体是一种降解“与泛素共轭的基质”的蛋白复合物。“26S蛋白酶体”由一个核心颗粒(CP) 和由一个“底座”及一个“盖子”形成的一个调控颗粒(RP)组成。由于Bio TEM技术只需要较少的样本,且可以分析大尺寸的蛋白质复合物。在这篇文章中,研究小组用这一技术取代了常用的蛋白质晶体学技术。
他们将蛋白质样品插入到Bio TEM之中,从各个不同的角度拍摄了数百张照片,然后利用高性能计算机分析了有关“底座–CP”复合物的组合体的结构和功能信息。结果表明,核心颗粒有7个口袋,而调控颗粒的6个尾部进入到了这些口袋中。当两个颗粒结合到一起,赋予了蛋白酶体处理细胞内不必要蛋白质的能力。
韩国科学技术院(KAIST)生物医学科学与工程系的Ho-Min Kim教授说:“确定蛋白酶体复合物的装配过程和3D结构,将增进我们对于细胞蛋白质降解过程的认识,这一知识将有助于推动新药研发。利用Bio TEM,可使得研究人员能够对采用蛋白质结晶学难以处理的大蛋白质复合物,进行观测和高分辨率蛋白质结构分析。如果能够将蛋白质晶体学和Bio TEM相互互补,将为未来的蛋白质复杂3D结构分析带来极大的协同效应。”