最新研究找到调节心脏及肌肉关键蛋白的机理

来自CNIC和哥伦比亚大学的科学家们找出了调节骨骼肌和心肌功能的一种关键蛋白的调控机制，相关研究成果于近日发表在Nature Communications上。该研究由CNIC科学家Jorge Alegre-Cebollada教授领导完成，描述了一种调节肌联蛋白弹性的新机制。据Alegre-Cebollada教授解释，肌联蛋白是是全身横纹肌发挥功能的关键蛋白，尤其是心脏：“证据就是肌联蛋白基因突变是导致影响机体和心脏肌肉功能的疾病的常见病因。”

肌联蛋白是人体最大的蛋白质，具有多种功能。据Alegre-Cebollada教授说，“简单来讲，我们可以把肌联蛋白比喻为分子弹簧，可以使肌肉同步收缩。”但是它并不是简单的弹簧，许多机制决定着肌联蛋白的弹性，包括其免疫球蛋白结构域特殊结构的折叠。总而言之，肌联蛋白的弹性由该蛋白中超过100个免疫球蛋白结构域共同决定。

通过使用生物信息和结构生物学手段，该研究团队发现这些免疫球蛋白结构域富含半胱氨酸，这些氨基酸赋予了它特殊的性质。Jorge Alegre-Cebollada解释道：“当一个蛋白质上的两个半胱氨酸靠近彼此时，蛋白质的两条链之间能够形成化学键——二硫键。”研究人员观察到肌联蛋白中的许多免疫球蛋白结构域都会形成二硫键，而参与形成二硫键的半胱氨酸会发生动态变化，也就是异构化。“最有趣的发现就是二硫键的形成和异构化会导致肌联蛋白的弹性发生巨大的变化。”

二硫键的形成属于一大类生化转变中的一种——氧化还原。目前已知这个过程会引起许多和心脏相关的疾病，如心肌梗死等。

Alegre-Cebollada的研究小组目前正在研究人体细胞如何改变肌联蛋白的还原状态并以此调节骨骼肌和心肌活动，以及不同的疾病如何干扰这个过程导致相应功能缺失。Alegre-Cebollada补充道：“我们在体外重建牵引系统的时候发现了这些现象。尽管我们从这个过程了解了很多新知识，但是明白这些基本原理如何在活体发生效应还存在挑战。这也是我们现在研究的重点：结合生理学、生物学及生物化学等多学科手段研究这个问题。”

本研究是Alegre-Cebollada博士与哥伦比亚大学Julio Fernández教授合作的成果。Julio Fernández教授一直致力于发展单分子生物物理技术用于研究蛋白质的力学性质，他与Alegre-Cebollada的合作使得阐明蛋白力学性质的生化调控机理成为可能。