Molecular Cell：伴侣蛋白引导的核糖体氧化损伤后的修复

在一项对细胞内部运作至关重要的发现中，科学家们发现，如果氧化应激损害了被称为核糖体的蛋白质工厂，修复小组可能会介入，帮助修复损伤，以便迅速恢复工作。

这项研究的主要作者、分子生物学家Katrin Karbstein博士说，这项研究周五发表在《分子细胞》杂志上，可能对癌症、衰老过程、生长发育有影响。Katrin Karbstein博士是赫伯特·韦特海姆UF斯克里普斯生物医学创新与技术研究所的教授。

Karbstein说:“实际上，所有细胞的一半以上都是核糖体。”“如果你没有足够的核糖体，或者它们出现故障，蛋白质就不能正确合成，这就会导致所有这些疾病。例如，我们知道核糖体机制的缺陷在所有癌细胞中都存在。”

在人类中，单个细胞中可能有1000万个核糖体嗡嗡作响，一次一个氨基酸地组装基因中表达的蛋白质。虽然很多东西都能伤害它们——感染、紫外线、辐射或氧化应激——但细胞有一种非凡的自我保护能力。通常，损坏的物品被标记为销毁，切割和回收。然而，由于核糖体的大量存在非常重要，因此摧毁每一个受损的核糖体都是有问题的。

在他们的研究中，Karbstein和同事们发现了一种替代方法，专门针对氧化应激损伤。当能量代谢过程中产生的高活性氧分子必须找到稳定的落脚点时，细胞就会发生氧化应激。这些稳定的地方通常位于蛋白质内部。过量氧气的引入会改变和破坏接收分子。以核糖体为例，它可以完全停止蛋白质构建的工作。

科学家们发现核糖体用辅助分子修复了这种不受欢迎的损伤，这些辅助分子就像伴侣一样，将受损的部分护送出细胞。损伤很快就被修复了，核糖体又开始活动了。细胞因此避免了必须分解和重新生成全新核糖体的更密集的过程，以及突然失去核糖体库的风险。

“通常情况下，当蛋白质被破坏时，细胞就会降解它们。核糖体是一个非常大的rna和蛋白质的复合体，所以如果一个部分被破坏了，你可能不想把整个东西扔掉，”Karbstein说。“这就像换一个漏气的轮胎，而不是买一辆新车。”

生物化学推动了这一过程。核糖体中的半胱氨酸氨基酸分子是这些自由基氧分子的频繁接受者。氧化损伤足以改变它们，如果伴侣分子在附近，它们更倾向于从核糖体分离并与伴侣分子结合。当它们离开核糖体时，未受损的氨基酸移动到正确的位置，修复缺口并恢复蛋白质生产。

由于化学家凯特·卡罗尔博士实验室的发现，生化研究成为可能，她也在韦特海姆UF斯克里普斯研究所。Carroll的实验室开发了特殊的试剂和工艺来监测胱氨酸氨基酸的氧化损伤。

论文的第一作者是Karbstein实验室博士后研究员Yoon-Mo (Jason) Yang博士。Yang说，虽然这一发现是在酵母中发现的，但这种核糖体修复系统似乎在包括人类在内的许多物种中都是保守的。例如，对人类神经元的研究也提出了类似的现象。

“所有生物都受到氧化应激的影响，所以所有生物体内都会发生蛋白质损伤。”“我们怀疑核糖体修复机制存在于包括人类在内的所有生物中。”

展望未来，科学家们还有很多问题要问:他们发现了两个伴侣;还有更多吗?许多抗生素使核糖体失能，那么细菌的修复机制是否能帮助它们逃避抗生素?缺乏伴侣的酵母细胞生长不良，看起来不太合适，所以这会影响衰老、生长和发育吗?Karbstein说，这些只是这一发现引发的几个问题。

Karbstein说:“我正在考虑如何将其转化为老龄化范式。”“这就像填一个谜题。你有了这一段，然后是另一段，然后你说，‘哦，所有的片段就是这样组合在一起的。’所以，还有更多的碎片有待发现。”

其他研究作者包括同样来自韦特海姆佛罗里达大学斯克里普斯研究所的荣格博士，以及现任芝加哥大学的丹尼尔·阿贝格博士和亚历山大·阿迪贝克安博士。

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Chaperone-directed ribosome repair after oxidative damage