东方时讯网马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员表示，他们在细胞如何应对压力方面取得了重要发现。该团队使用细菌细胞发现，一种称为ClpX的损伤修复酶不仅可以发生变异以修复多种细胞问题，还可以对细胞能量水平的变化做出反应，以帮助保持细胞健康。科学家的研究(“ATP水解调节AAA+蛋白酶的特异性”)发表在CellReports上。
“我们真正感兴趣的是，”生物化学和分子生物学教授、该论文的资深作者PeterChien博士指出，“是细胞如何应对压力。我们研究了一类称为蛋白酶的酶，它可以靶向并破坏细胞内的有害蛋白质。这些蛋白酶可以选择性地识别特定的单个蛋白质。但是他们是怎么做到的呢?他们怎么选?”
Chien和他的合著者专注于两种特定的蛋白酶——Lon和ClpX——每一种都经过调整以识别不同的有害蛋白质。长期以来，人们一直认为Lon和ClpX的功能类似于钥匙：每一个都只能打开特定的锁，而不能打开其他锁，如果一个细胞缺少任何一个，就会发生严重的副作用。
“在细菌中，AAA+蛋白酶(例如Lon和ClpXP)以极好的特异性降解底物。这些机器捕获ATP水解的能量，为目标底物的展开和降解提供动力。在这里，我们表明ClpX的ATP结合位点发生突变会改变蛋白酶的特异性，从而促进通常受Lon限制的底物的降解，”研究人员写道。
“然而，这种ClpX突变体在降解ClpXP靶标方面表现更差，这表明对于易于改变的给定蛋白酶，底物偏好存在最佳平衡。在体外，当ATP水平降低时，野生型ClpXP也更容易降解Lon限制性底物，类似于突变体ClpXP的转移特异性，这改变了ATP水解动力学。基于这些结果，我们认为ATP水解速率不仅能促进底物展开和降解，还能调节蛋白酶特异性。
“我们根据显示构象不同状态的AAA+机器的新兴结构考虑了这种效果的各种模型。”
“如果你有过一个非常凌乱的大学室友，”Chien说，“你就会知道定期倒垃圾是多么重要。缺少Lon蛋白酶就像有一个从不洗澡、换衣服或清洁的室友。”
但是，在进行了一系列涉及从细菌细胞菌落中删除Lon的实验后，Chien的团队开始注意到一些奇怪的事情：一些菌落存活了下来。
这一观察导致了他们的第一个发现：ClpX可以变异以执行类似Lon的功能，尽管它失去了一些ClpX的能力。就好像，为了保持宿舍房间干净，你开始洗室友的袜子，但为此不得不牺牲一些自己洗干净的衣服。
在准确追踪ClpX突变如何允许蛋白酶扩展其功能时，该团队做出了第二个发现：在适当的条件下，野生的、非突变的ClpX也可以执行Lon的一些职责。
事实证明，ClpX对ATP很敏感，ATP是一种有机化合物，是所有活细胞的能量来源。在正常的ATP水平下，ClpX专注于自己的职责，但在一个特定的、较低的阈值下，它突然开始在Lon之后清理。
“这是对细胞工作原理的基本理解的真正突破，”Chien说。“它改变了规则：细胞能量不仅控制细胞的工作速度，还控制它的工作方式。”