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蛋白非经典分泌过程关键步骤成果
日前,清华大学生命学院葛亮课题组在《细胞》(Cell)期刊上在线发表题为“蛋白跨膜转运调节非经典蛋白分泌”(A translocation pathway for vesicle-mediated unconventional protein secretion)的研究论文,首次报道了非经典分泌过程中的蛋白跨膜转位机制。 蛋白质的分泌是细胞间信息传递的重要方式。分泌蛋白通常具有N端信号肽序列以指导新生多肽链进入内质网(endoplasmic reticulum,ER)被加工、修饰,之后被运输到高尔基体(Golgi apparatus)经过进一步的加工,最终抵达细胞质膜并被释放到细胞外,这一过程被称为经典分泌途径。近年来的研究发现,许多分泌蛋白不具有典型的信号肽序列,其分泌不依赖于ER-Golgi途径,这类分泌途径被称为非经典分泌(unconventional protein secretion, UPS)途径。直接跨质膜转位(I型)与细胞内囊泡结构介导的分泌(III型)是最主要的两种UPS途径。III型UPS中,蛋白首先进入一个囊泡载体(例如autophagosome, endosome等),然后通过膜泡运输系统被运送到细胞外。由于这类蛋白缺少信号肽,一个需要解决的关键问题就是这类UPS蛋白是如何进入囊泡载体中的。  图1. TMED10介导的蛋白质非经典分泌途径工作模型 在这项研究中,研究人员鉴定出一个膜蛋白TMED10可能形成一个蛋白通道介导UPS蛋白进入囊泡结构。细胞实验发现,TMED10能够调控大量非经典分泌蛋白的分泌,包括炎症因子IL-1家族成员,galectin1和galectin3,以及小分子伴侣蛋白HSP5B。CLP诱导的败血性休克(Cecal Ligation and Puncture (CLP)-induced septic shock)小鼠模型中,TMED10髓系敲除的小鼠分泌更少的IL-1β, 进而导致更低的炎症反应与更高的存活率。进一步的研究发现,TMED10的C末端区域与分泌蛋白的一个motif的相互作用对蛋白的选择性转运与分泌非常重要。体外脂质体实验证明,TMED10直接介导UPS蛋白进入脂质体,并且这一过程依赖于蛋白质的去折叠。在细胞中,TMED10定位于ERGIC(ER-Golgi intermediate compartment)并且能够指导分泌蛋白进入这一膜性细胞器中。此外,研究还发现货物蛋白与TMED10的结合会诱导TMED10寡聚化形成蛋白通道从而介导蛋白的转位。基于这些实验数据与之前的研究成果(Zhang et al., 2015),作者提出如图所示的TMED10介导的蛋白质非经典分泌途径(TMED10-channeled UPS , THU)工作模型(图1)。UPS蛋白在胞质分子伴侣HSP90A的帮助下去折叠并被运送到ERGIC,结合TMED10诱导其发生寡聚化形成蛋白通道,在腔内分子伴侣HSP90B1的帮助下转位进入ERGIC,之后可能通过ERGIC形成运输小泡,直接运送到细胞质膜,或进入分泌型自噬体或分泌型自噬溶酶体/MVB,分泌型自噬体又可以直接和质膜融合或首先与溶酶体融合,最终将蛋白释放到细胞外。 生命学院研究员葛亮为本文的通讯作者,实验室张敏老师与生命学院博士生刘磊为本文共同第一作者。本研究受到基金委和科技部的经费资助。 文章链接: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.031
清华大学 2021-04-11
蛋白尿模型(高血压肾脏疾病模型)
XM-705E蛋白尿模型(高血压肾脏疾病模型)   XM-705E蛋白尿模型(高血压肾脏疾病模型)放大300倍,由2个肾小体构成,第一个显示了健康的肾小球解剖,第二个显示了肾小球病变,由于高血压传入小动脉血管硬化、血管口径的变化,从而增加内皮细胞和血浆蛋白在尿液。 尺寸:放大300倍,20×15×6cm 材质:PVC材料
上海欣曼科教设备有限公司 2021-08-23
DNA复制与蛋白质合成演示模型
产品详细介绍
福州九天智能科技有限公司 2021-08-23
一种葡萄埋藤用的彩条布清土回收机
本发明涉及农业机械技术领域,特别涉及一种葡萄埋藤用的彩条布清土回收机,包括主机体、液压系统、副机体、清土总成和卷布总成。主机体包括主机架和地轮,地轮起支撑和行走作用;液压系统包括液压油箱、动力输入轴、主动带轮、从动带轮和液压泵,为清土总成和卷布总成提供动力;副机体包括副机架、刮土铲和刮土铲支架,刮土铲将彩条布上的土刮至一侧;清土总成包括清土液压马达和清土搅龙,清土搅龙进一步清除彩条布上的土;卷布总成包括卷布液压马达、卷布侧板和卷布辊,卷布液压马达驱动卷布侧板和卷布辊转动,卷布辊卷起彩条布实现回收作业。所述卷布辊根据作业对象更换,提高了葡萄埋藤用的彩条布清土回收机的通用性和利用率。
中国农业大学 2021-04-11
一种葡萄埋藤用的彩条布清土回收机
本发明涉及农业机械技术领域,特别涉及一种葡萄埋藤用的彩条布清土回收机,包括主机体、液压系统、副机体、清土总成和卷布总成。主机体包括主机架和地轮,地轮起支撑和行走作用;液压系统包括液压油箱、动力输入轴、主动带轮、从动带轮和液压泵,为清土总成和卷布总成提供动力;副机体包括副机架、刮土铲和刮土铲支架,刮土铲将彩条布上的土刮至一侧;清土总成包括清土液压马达和
中国农业大学 2021-04-14
清锋科技桌面级LCD光固化3D打印机iLux
LCD光固化3D打印机iLux iLux 是桌面级LCD 3D打印机,是面向工程师的高速光固化3D打印机,适用于快速、高精度打印原型件、测试件和小批量件。   基于LEAP™快速离型技术及高分子树脂材料以及LuxFlow 软件,清锋科技推出了齿科解决方案,以此实现数字化、定制化、规模化生产齿科产品,适用于打印正畸、修复等齿科应用,以及高精度玩具手办、教育和医学模型打印等。   详细参数 成型体积:192x120x200mm(XYZ) 离型膜:FEP 搭配材料(自主研发):齿科树脂DMRⅡ/Ⅲ、高精度原型树脂RE 32、水洗树脂RE 41、耐高温材料等 应用领域:正畸牙模、玩具手办、教育和医学模型等 详情链接:https://www.luxcreo.cn/printer/iLux/?SelectID=Mw%3D%3D
清锋(北京)科技有限公司 2022-10-17
一种降乳菌培养工艺及其应用在白酒中的生产工艺
研发阶段/n本发明涉及一种降乳菌及其应用在白酒中的生产工艺,该菌株是一株分离于浓香型高温大曲的地衣芽孢杆菌331,它利用糖类不产乳酸,能在酸性环境pH2.5-3.5下生长良好;2009年12月10日保藏于湖北武汉武昌珞珈山武汉大学中国典型培养物保藏中心,保藏号为:CCTCC?NO:M?209297。本发明生产流程对使用者原有工艺没有严格限制,在入窖前的粮醅中加入大曲粉的同时,加入降乳菌,入池发酵成熟后蒸酒,就能控制大曲白酒中乳酸乙酯含量。此降乳菌株发酵特性独特,降低乳酸乙酯含量效果明显,并且能将乳酸
湖北工业大学 2021-01-12
新型戊糖乳杆菌素的高效制备及其在低温食品中的防腐保鲜应用
 一、成果简介 本课题受到国家高技术研究发展计划(863 计划)项目与国家科技支撑计划项目的资助。针 对化学防腐剂在食品中应用的潜在危害,开展了新型天然生物防腐剂-乳酸菌细菌素的高效制 备和应用研究。获得了一种新型细菌素-戊糖乳杆菌素,并对其分子结构,生物学特性,工业 化制备及应用进行了深入研究。二、技术指标
中国农业大学 2021-04-14
基于光固化丝蛋白水凝胶边缘封闭的一体化双层丝蛋白支架用于骨软骨再生
新生软骨与缺损周围软骨间的水平整合是骨软骨修复中常被忽略的问题,也是软骨修复成功的关键。
科技部生物中心 2022-04-12
关于蛋白质机器动力学的研究
泛素-蛋白酶体体系(Ubiquitin-Proteasome System,简称UPS)是细胞内最重要的蛋白质降解通路,对维持生物体内蛋白质的浓度平衡,以及对调控蛋白、错误折叠或受到损伤的蛋白的快速降解起着至关重要的作用,参与了细胞周期、基因表达调控等多种细胞进程,由UPS失常引发的蛋白质新陈代谢异常与众多人类重大疾病直接相关。2004年,Aaron Ciechanover, Irwin Rose和Avram Hershko三位科学家被授予了诺贝尔化学奖,以表彰他们对该降解通路的发现。UPS中蛋白酶体是细胞中最基本的、最重要的不可或缺的、最为复杂的大型全酶超分子复合机器之一,人源蛋白酶体全酶包含至少33种不同的亚基,总原子质量约为2.5MDa。美国FDA批准的多种治疗癌症的药物分子即以蛋白酶体为直接靶标。近年来,随着冷冻电镜技术的发展和应用,人们对这一大分子机器的结构和功能研究得以不断深入。2016年,毛有东课题组与合作者报道了人源蛋白酶体基态的3.6Å冷冻电镜结构及其他三个亚纳米分辨构象,并首次发现一个亚稳态构象的核心颗粒(Core Particle,简称CP)底物转运通道处于开放状态(见PNAS 2016, 113: 12991-12996)。2018年4月,该课题组又报道了6个ATPγS结合状态下的26S动态结构,包括三个CP开放态对应的亚稳简并态近原子分辨(4~5Å)结构(见Nature Communications 2018, 9: 1360)。尽管这些工作揭示了蛋白酶体的基本架构和内在运动行为,但由于缺乏蛋白酶体与底物之间的相互作用,人们对于蛋白酶体如何实现底物降解的原子水平工作机制仍一无所知。此外,尽管冷冻电镜技术近年来广泛应用于分析具有动态特征的蛋白复合体结构和平衡态构象,但对其中间态结构和非平衡构象分析的分辨率水平往往局限在4~6埃或更低,离真正的全原子水平动力学分析还有相当一段距离。 为了真正实现原子水平的蛋白酶体底物降解动态过程的冷冻电镜三维重建和动力学表征,毛有东课题组攻克了两大技术难题。其一,如何在蛋白酶体完成底物降解之前抓到它的所有可能的中间态构象?课题组发展了一种新颖的核酸置换法,利用ATPγS降低AAA-ATPase激酶水解活性的特点,在底物降解中间过程,通过将ATP快速置换成ATPγS,结合快速冷冻的优势,从而扑捉到蛋白酶体在底物降解过程的中间态。其二,如何在从冷冻电镜数据中分析出更多构象的同时,还把分辨率做到3埃甚至更好?课题组通过多年持续努力,发展了多种基于人工智能和机器学习的冷冻电镜图像聚类的新型算法,并针对蛋白酶体的动力学特征,设计了一套极其有效的整合了多种算法的多构象分类流程。通过这两套技术方案的完美结合,课题组成功解析了人源蛋白酶体在降解底物过程中的七种不同的、但差别甚微的、高分辨原子水平的天然态构象(Native states),完整展示了蛋白酶体从泛素结合到去泛素化,再到底物转运的动态过程。与同期在Science上发表的与底物结合的酵母蛋白酶体的4.2-4.7埃冷冻电镜结构(Science doi: 10.1126/science.aav0725,来自加州伯克利分校和Scripps研究所)相比,该Nature论文不仅总构象数量多一倍,全部构象分辨率还高1-2埃。由于Science论文采用了抑制Rpn11去泛素活性的策略,其非天然态结构中底物并不能真正自由转运,所推测的机理仅限于底物转运这一步,对于其他三大Nature论文所回答重要问题均无法给出答案。这体现了该Nature论文不仅在实验方法的原创性上和数据分析水平和质量上,更在科学发现和问题探究的深度和广度上大幅超越了来自Science的竞争性论文。图一 七个利用冷冻电镜解析的精细原子结构完整揭示了从泛素识别、去泛素化反应、转运启动和持续降解的核心功能动态过程。 作为整个蛋白酶体的动力来源与运转核心,AAA-ATPase激酶分子马达展现出了三种不同的核苷酸水解协作模式,6个ATPase亚基协调工作,交替与底物发生相互作用。在去泛素化过程(EB态)中,处于对立位置的两个ATPase亚基Rpt2与Rpt4水解ATP,而Rpt5与Rpt6则释放ADP,ATPase内的底物转运通道被打开,使得底物可以进入轴心通道;与此同时,去泛素化酶Rpn11亚基与泛素及底物发生相互作用,执行其作为去泛素化酶的功能;在转运起始过程(EC态)中,相邻的两个ATPase亚基Rpt1与Rpt5会同时水解ATP,调控颗粒(Regulatory Particle,简称RP)发生大规模转动并释放泛素;在底物去折叠与转运过程(ED态)中,三个相邻的ATPase亚基会分别同步进行ATP的结合、ADP的释放与ATP的水解,这一过程会单向传递下去,将ATP水解释放的化学能转换为机械能,使得相应的ATPase亚基发生刚体转动,推动底物的去折叠和单向输运,同时CP的转运通道入口打开,底物被送入通道中进行降解。这些研究结果为几十年来对蛋白酶体功能的研究提供了宝贵的第一手原子结构和动力学信息,对于理解生物体内蛋白质的降解过程和一系列负责物质输运的ATPase马达分子的一般工作原理具有极为重要的科学意义。
北京大学 2021-04-11
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