最新获得的蛋白结构揭示了细胞抗氧损伤之谜

readok2009

Newly solved structure reveals how cells resist oxygen damage
Medical Research News
Published: Tuesday, 16-Oct-2007

阳光创造了生命，但也可以夺取生命。单态氧是特定细胞在其光合作用过程中的副产物之一，而细胞通过这一过程将光转化为能量。该物质具有很高的毒性，同时也是一种可使细胞破碎的活性物质。

现在，洛克菲勒大学的研究人员与威斯康星大学的细菌学家一同协作，历经5年多时间的研究，首次获得了一种能够保护细胞免受单态氧损伤的蛋白复合体的晶体结构。该发现刊登在分子细胞杂志的9月刊号上，它不仅增进了我们对细胞如何感受单态氧这种机制的了解，而且还揭示了细胞如何开启关键基因的表达来防御单态氧带来的损伤。

Seth Darst的分子生物物理学实验室的一位助理研究员Elizabeth Campbell与其同事确定了这个由两种蛋白（sE和ChrR）组成的复合物中原子特有的排布状态。并找到了决定该结构功能的关键：一个单个的锌离子。威斯康星大学的由Timothy Donahue带领的研究小组发现ChrR能够结合锌，同时，Campbell及她的团队运用X射线衍射晶体分析法揭示了两个蛋白s和抗s是如何一同发挥功能来击退单态氧的攻击。晶体结构显示，抗s蛋白ChrR有两个结构域，每个区域均可结合锌离子。在营养充足的情况下，细胞缺少单态氧，Campbell和她的合作者发现抗s蛋白需锌离子来结合s蛋白的类似物。在此结合过程中，抗s蛋白阻止s蛋白激活相应基因来指导细胞中和单态氧带来的危害。研究者进一步发现，抗s蛋白的第一区在进化上是保守的，该区通过封闭s蛋白中结合RNA聚合酶（起始基因转录的蛋白）的沟来完成其功能。即使细菌感受到单态氧的存在时，抗s蛋白的第二区通过促使其一区释放西格玛因子来对此做出反应。现在，游离的s蛋白就可行使其保护细胞免受损伤的功能。
令Campbell和她的合作者惊讶的是，称为感应区的二区本身也有一个锌离子，这一现象在先前发现的任何抗s蛋白中均未发现。当Campbell的合作者，麦迪逊威斯康星大学的研究人员移除二区的锌离子结合部分，并将细菌暴露在光线下时，细菌发生死亡，这个结果可能说明第二个锌可能是细胞起始其保护功能所必须的。