清除细胞杂乱关于细胞如何保持健康的新见解

如果我们不定期倒垃圾，我们的家就会变得不愉快，甚至危害我们的健康。这同样适用于我们的细胞：如果不去除多余的蛋白质和遗传物质链，细胞乃至整个有机体都会生病。例如，科学家怀疑阿尔茨海默氏症和导致细胞垃圾清除缺陷的突变之间存在联系。更重要的是，对小鼠的测试表明，抑制DNA和RNA的分解会引发严重的自身免疫性疾病。

但缺乏具体的证据：“有很多研究表明人类如何产生DNA和RNA形式的遗传信息。但关于如何去除废弃的DNA和RNA的知识却很少，”实验室负责人奥利弗·道姆克(OliverDaumke)教授说在马克斯德尔布吕克中心。为了解决这个问题，他与基尔大学的研究人员合作，更详细地研究细胞中废物的清除情况。他们的工作重点是一种名为PLD3的酶，这种酶负责分解废物。研究人员首先通过晶体结构分析确定其结构。他们能够识别出在分解RNA和DNA中发挥关键作用的特定片段。“这让我们更好地了解废物如何分解以及PLD3蛋白突变的病态影响，”Daumke说。

PLD3基因突变会增加患阿尔茨海默病的风险

PLD3属于酶蛋白家族，通常分解人体细胞器​​(称为溶酶体)中的细胞脂肪。在人类中，PLD3由同名基因产生。

我们研究PLD3基因已经有一段时间了，因为几年前人们就清楚该基因的突变可能与阿尔茨海默病的发展有关。”

“但目前还不清楚这是如何发生的，”达默小组的研究员、该论文的共同主要作者塞德里克·卡佩尔(CedricCappel)说。“所以我们决定更仔细地检查这种蛋白质的结构——希望我们能够了解它与阿尔茨海默氏症的联系。”卡佩尔制造了一些蛋白质，并将其发送给道姆克实验室的结构生物学家、论文的另一位共同主要作者伊维特·罗斯克博士。她成功地生产出了PLD3的微小晶体。将晶体暴露在X射线下会产生衍射图样，从而可以重建蛋白质的结构。然后Roske可以描述有或没有结合RNA的晶体结构，并对其进行分析。“我们发现其中两种蛋白质结合形成一种叫做二聚体的东西。我们还没有在这个家族的其他酶中看到这种情况发生，”罗斯克说。但为什么蛋白质会这样做呢?卡佩尔说：“这可能是因为这种蛋白质只有在成对的情况下才稳定。”“单独一人的话，恐怕会崩溃。”

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通过他们的工作，这两个研究小组首次提供了PLD3分解DNA和RNA的结构证据。“现在我们可以粗略地了解反应机制，”罗斯克说。研究人员还发现了该蛋白质的两个区域，这两个区域可能对其功能至关重要，并且可能在阿尔茨海默氏症患者中发生改变——这是可能的疾病机制的早期迹象。

“我们的研究提供了蛋白质的图谱，”卡佩尔说。PLD3的未来研究可以使用这张图来回答一些问题，例如哪些区域对于PLD3的功能至关重要，以及当这些区域发生变化时会发生什么。研究人员希望这将有助于更好地了解该蛋白质在某些疾病中所起的作用。这些知识将有可能使采取纠正措施成为可能。