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蛋白质显示为胶水 将生物分子保持在核仁内

2019-01-29 09:13:30 • 来源：

研究人员已经确定蛋白质核磷蛋白(NPM1)可以作为胶水，将蛋白质和RNA一起保存在核仁中，并展示了NPM1的结构如何使其成为理想的工作。St. Jude儿童研究医院的科学家领导了这项研究，该研究今天刊登在科学期刊eLife上。

蛋白质显示为胶水 将生物分子保持在核仁内

的核仁是膜较少结构或细胞器，占用核的约25%。无膜细胞器是瞬时隔室，其根据需要由细胞组装以执行特定功能。这些结构通过称为液 - 液相分离的过程形成，其中蛋白质和核糖核酸(RNA)浓缩成熔融和生长的液体状液滴。

最核的无膜细胞器，核仁已被比作制造中心，因为其主要功能之一是组装核糖体，产生细胞所需的所有蛋白质。核仁是大量蛋白质，RNA和其他分子的家园，但在这项研究之前，它的分子基础是未知的。核糖体由RNA和蛋白质组装而成，组装过程始于核仁。

研究人员利用各种成像，结构和生物物理实验室技术，确定NPM1是该过程的关键。研究人员表明，NPM1的结构使其能够以不同的特定方式结合各种蛋白质和RNA，从而促进相分离并保留核仁中的NPM1和其他蛋白质。NPM1形成与核仁中其他分子相互作用的网络，将核仁组分松散地粘合在一起。科学家报告说，当NPM1与蛋白质结合或RNA中断时，NPM1不会在核仁中积累。

“核仁具有特殊功能，NPM1似乎已经进化，通过能够与这两种重要且非常不同类型的核仁分子进行相分离来协助该过程，”相应的作者Richard Kriwacki博士说。圣犹达结构生物学系成员。“NPM1就像胶水中含有核仁体内核糖体组装所需的不同因子。”

NPM1是一种重要的调节蛋白，在核仁中含量丰富。NPM1在约35%的患有急性髓性白血病的成人中发生突变，部分地因其作为肿瘤抑制蛋白ARF的结合配偶体在肿瘤抑制中的作用而闻名。

蛋白质是长链氨基酸，其功能部分取决于它们的三维形状和柔韧性。NPM1包括折叠成刚性五面五聚体的片段和富含柔性，带负电荷的氨基酸的其他片段，其瞬时结合其他蛋白质。该研究鉴定了源自这些区段的相互作用，并允许NPM1形成具有多种蛋白质和RNA的松散网络。这些分子网络对于相分离以及NPM1和其他蛋白质在核仁和核糖体组装中的保留是必不可少的。

“核仁中还有其他蛋白质与NPM1具有一些相同的特征，包括带负电荷的氨基酸束，”Kriwacki说。“这表明NPM1可能不是导致核仁相分离的唯一蛋白质，但我们的研究表明它肯定是一个非常重要的参与者。”

研究结果出现在对液 - 液相分离在促进无膜细胞器组装以及进行其中发生的分子过程中起作用的强烈科学兴趣中。

这项研究以Kriwacki及其同事之前的工作为基础，证明了在某些条件下NPM1五聚体如何展开成单一的氨基酸无序链。那些研究人员还发现证据表明，无序链阻止了与ARF等蛋白质的结合，这些蛋白质包括富含氨基酸精氨酸的短氨基酸序列。

在这项研究中，研究人员确定，已知结合NPM1的132种蛋白质中有73%包含多个富含精氨酸的氨基酸片段。相比之下，这些片段仅占所有人类蛋白质的44%。研究人员发现，这些富含精氨酸的片段会使蛋白质与NPM1发生相分离，形成液体状的液滴。以前的工作表明，NPM1的展开可能是细胞分裂过程中拆除细胞核液体样结构所涉及的分子机制之一。

在几个不同的实验系统中工作，包括在实验室中生长的小鼠细胞，研究人员表明，在核仁内的结合需要NPM1与核仁蛋白结合，包括富含精氨酸的区段和核糖体RNA。研究人员还确定了五聚体蛋白和RNA结合的位置以及不同键如何促进缩合成液体状液滴。使用各种实验室方法揭示了后者的信息，包括单分子荧光光谱，核磁共振光谱和小角度中子散射。

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