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《Cell | 结构引导发现天然纤绒毛中的蛋白质和聚糖组分》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-03-31

  • 2024年3月28日，颜宁/闫创业/潘俊敏课题组合作在Cell杂志在线发表了题为Structure-guided discovery of protein and glycan components in native mastigonemes的研究论文。

    糖对于生命至关重要：以葡萄糖为代表的糖类分子是细胞代谢主要的能量来源之一，植物中的细胞壁由纤维素构成，糖基化也是重要的翻译后修饰 (Posttranslational modifications, PTM) 形式之一，可显著扩展蛋白质的功能多样性。糖基化蛋白参与多种生命过程，如信号传导、免疫反应和细胞分化等。但聚糖分子内在的立体化学复杂性阻碍了对其系统性的研究，含糖结构信息的缺乏严重限制了人类对这类重要生物分子类群功能的理解。

    该研究报道了从莱茵衣藻纤毛中分离的天然纤绒毛 (Mastigoneme) 3.0 ?分辨率的冷冻电镜结构。纤绒毛是从纤毛膜向外延伸的一种纤细结构。通过研究发现，纤绒毛主体形成超螺旋纤维结构，每个完整螺旋由四对反平行的纤绒毛样蛋白1 (Mastigoneme-like protein 1, Mst1) 组成。在Mst1中，其含有II型多聚羟脯氨酸 (Hyp) 螺旋结构 (PPII)，该二级结构被大量阿拉伯聚糖包被。意外的是，结合冷冻电镜密度、生信分析和蛋白质质谱，研究者发现并鉴定出Mastigoneme前所未知的核心组分，并为之命名纤绒毛轴心蛋白。

  • 原文来源：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00240-X
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  • 《Science | 在单分子水平上直接观察与蛋白质和脂质结合的聚糖》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2023-10-14
    • 2023年10月12日，德国马普固体研究所的研究人员在Science 上发表了题为Direct observation of glycans bonded to proteins and lipids at the single-molecule level的文章。 用聚糖修饰的蛋白质和脂质在整个生物实体中都有发现，在生物功能和功能障碍中起着重要作用。目前对这些被糖缀合物修饰的生物分子(称为糖缀合物)的分析策略依赖于整体平均方法，这种方法不能提供给定分子中附着在单个位点的聚糖的位置和结构的完整视图，特别是对于糖蛋白。 该研究通过使用低温扫描隧道显微镜对单个糖缀合物分子进行直接成像来展示糖缀合物的单分子分析。来自电喷雾的完整糖缀合离子软着陆在表面上，以进行直接的单分子成像。量子力学模型证实的亚分子成像分辨率揭示了糖肽类、糖脂类、n -糖蛋白和o -糖蛋白中密集修饰聚糖的整体结构和附着位点。 本文内容转载自“ CNS推送BioMed”微信公众号。 原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/IwI13twn10xlGUJsNbQekg
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  • 《Cell：人类微生物组中数千个新型小蛋白质》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
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    • 近日，美国斯坦福大学的研究人员在对人类微生物组的大规模分析中，发现了超过四千种过去不为人知的小型蛋白质，如果这些蛋白质的形状和功能可以在实验室中重建，那么它们将有助于研究人员增进对微生物组如何影响人类健康的科学理解，并为新药的开发铺平道路。 该研究已发表在《Cell》上。 我们的身体仿佛一个充满了数万亿细菌的工厂，但这并不像听起来那么可怕。事实上，越来越多的证据表明，我们健康的许多方面都与人体微生物组的组成密切相关，尽管其大部分机制尚未明确。 在这项研究中，研究人员对来自1773个人类个体的四个不同身体部位的相关基因组进行了比较基因组学研究。他们发现，微生物组正在产生几千个蛋白质，这些蛋白质非常小，以至于在过去的研究中未被注意到。它们属于超过4000多个保守的蛋白质家族，其中大多数都是新的的，有超过90％的小蛋白质家族没有已知的结构域，而且几乎一半没有在参考基因组中表达。研究人员估计它们还参与到其他过程中，包括不同种类的细菌在生态位中为争夺资源而进行的斗争，即微生物与其宿主细胞间的通信，以及维持细菌健康和正常的任务。 因为它们非常小，长度不到50个氨基酸，所以它们很可能折叠成独特的形状。一旦其形状和功能在实验室中重建，这将会帮助研究人员增进对微生物组如何影响人类健康的科学理解，并为新药的开发铺平道路。 “一个明显的盲点” 该研究通讯作者、医学和遗传学助理教授Ami Bhatt博士说：“理解人体细胞和微生物组之间的关系是至关重要的。它们如何通信？不同细菌菌株如何保护自己免受其他菌株的侵害？这些功能很可能存在于非常小的蛋白质中，它们可能比较大的蛋白质更容易在细胞外分泌。” Ami Bhatt 但是这些蛋白质太小，以至于传统方法难以鉴定和研究它们。 Bhatt说：“在试图预测哪些细菌DNA序列包含这些基因时，我们很容易犯错。到目前为止，我们已经系统地忽视了它们的存在。这是一个明显的盲点。” 对于不了解情况的人来说，如果对我们每个人身上存在的大量细菌进行过深入的思考，可能会让人感到害怕。这些细菌在人体内外的数量远远超过人体细胞的数量。然而，它们大部分都是无害的。相反，它们帮助我们消化、补充我们的饮食，使我们的身体保持良好状态。但在许多情况下，很难区分这种合作关系背后的分子细节。 Bhatt和同事们猜测，答案可能存在于这些小蛋白质中，而这些蛋白质在其他关于微生物组的研究中都未被关注。他们推测，小型蛋白质比大型蛋白质更有可能通过细胞膜向邻近的宿主或细菌细胞传递信息。 但是如何识别并研究它们呢？ Bhatt说：“细菌基因组就像一本由长长的字符串组成的书一样，其中只有一些编码了制造蛋白质所需的信息。在传统方法中，我们通过搜索表示夹在基因中间‘开始’和‘停止’信号的字母组合来识别蛋白质编码基因。这对较大的蛋白质很有效，但蛋白质越小，这种技术产生大量假阳性的可能性就越大，从而混淆了研究结果。” 巨大的惊喜 为了解决这个问题，该研究第一作者博士后研究员Hila Sberro决定比较大量不同微生物和样本中潜在的小蛋白编码基因。她认为，在多物种和样本中被反复鉴定的那些更可能是真实的。当Sberro将这些分析应用于大型数据集时，她发现了数万种基因，而非预期中的几百个。据预测，由这些基因编码的蛋白质可以被分类成超过4000个相关的组或家族，很可能涉及到很多关键的生物学过程，比如细胞间通信和竞争，以及维持细菌健康所必须的要素。 Bhatt说：“坦率地说，我们不知道会发生什么。我们对此结果毫无直觉。但事实上，她发现了成千上万种新蛋白质族，这一事实无疑让我们所有人都感到惊讶。” 研究人员证实，这些基因编码了真正的蛋白质，它们被转录成RNA，然后被转运到核糖体，完成所有蛋白质生成途径的关键步骤。通过这一事实，研究人员证实了这些基因能够编码真正的蛋白质。他们正在与其他团队合作进一步研究这些蛋白质的功能，并确定哪些蛋白质对细菌在复杂肠道环境中争夺空间是重要的。这些蛋白质很可能被用于新抗生素或药物的开发。 Bhatt说：“小型蛋白质可以被快速合成，也可以被细菌用作转换功能状态的生物开关，或者用于触发其他细胞的特定反应。它们还比大型细胞更容易研究和操控，这有利于药物开发。我们预计这将成为生物研究的一个有价值的新领域。”
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