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科学家研究细胞回路如何回收蛋白质

人体细胞将过量或不可用的蛋白质分解成它们可以使用的氨基酸,但科学家并不了解这一过程。我们知道细胞可以回收蛋白质来节约能量,但是这种情况发生的方式和时间是另一个故事。“

通过为期四年,近114万美元的国家科学基金会资助,Butzin将领导一个科学家团队,他们将研究调节蛋白质产生,降解和修饰过程的细胞回路。

为此,他将与SDSU生物学和微生物学副教授Madhav Nepal以及宾夕法尼亚州伯利恒利哈伊大学生物工程副教授Javier Buceta Fernandez合作。两名SDSU博士生和一名本科生也将参与该项目。

研究蜂窝电路

细胞具有内部时钟,称为振荡,基因通过该时钟基于对生物体至关重要的生物过程来调节蛋白质产生。开/关开关类似于电路中的开关。这种遗传电路的振荡在人类健康中起着重要作用。

“人体的正常运作是基于在适当的时间在适当的时间一起工作的事物。许多癌症是由我们自己细胞中的错误振荡器引起的,”Butzin说,并指出癌症是不受控制的细胞生长。

“我们大脑中的神经元几乎没有时钟上下 - 我们认为这与这些振荡有关,”他继续道。了解这一重要的细胞控制机制可能会让科学家深入了解神经退行性疾病,如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症。

建造合成电路

了解这个电路在正常单元中的运行方式很复杂,因此Butzin和他的团队创造了“更简单易懂的合成电路,但具有与自然系统相同的功能。”

这些电路中的振荡类似于圣诞树上的灯光。只有当蛋白质降解时,荧光才会消失。“蛋白质的降解,每个基因的输出,对于使各个细胞同步和振荡是至关重要的,”Butzin说。这就是挑战。为了研究蛋白质加工,研究人员将DNA添加到大肠杆菌细胞中。“它被称为合成的,因为大肠杆菌不会自然地具有这种DNA序列。然后细胞遵循我们编码到DNA中的指令,”他解释说。利用大肠杆菌细胞,生物学家创造了合成的遗传回路,其中每个基因产生一种标记有特定荧光颜色的蛋白质。

解开蛋白质加工

“我们对蛋白质的降解知之甚少,”Butzin指出。

例如,在细胞中,辅助蛋白将过量或不可用的蛋白质带到蛋白酶中进行加工。每个大肠杆菌细胞有200万个蛋白质,但只有大约200个蛋白酶。

“非常少的蛋白酶处理大量蛋白质降解,因此它们需要非常有效,”Butzin说。“细胞可以产生更多的蛋白酶,但事实并非如此。我们的假设是细胞中有少量蛋白酶,其中一个可能是快速检测问题的能力。”

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