团队创造合成酶来解开分子之谜

德克萨斯大学达拉斯分校的生物工程师开发出了可以控制信号蛋白Vg1行为的合成酶，该蛋白在脊椎动物胚胎的肌肉、骨骼和血液发育中发挥着关键作用。

研究人员团队正在斑马鱼中使用一种称为合成处理(SynPro)系统的新方法来研究Vg1的形成方式。通过了解发育中动物信号形成的分子规则，研究人员旨在设计可以在治疗或预防疾病中发挥作用的机制，例如给予细胞新的指令。

埃里克·琼森工程与计算机科学学院生物工程助理教授PCDaveP.Dingal博士和他的同事在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究成果。

“我们感兴趣的是如何使用合成酶来控制天然蛋白质，包括致病蛋白质，”丁加尔说。“我们的希望是建立生物回路，最终我们可以将其引入细胞并赋予它们新的功能，例如能够在分子水平上检测癌症或解决细胞疾病。”

Dingal表示，斑马鱼是观察信号蛋白如何加工和分泌的理想模型，因为斑马鱼不仅与人类基因组具有约70%的相似性，而且它们体型较小，易于在显微镜下生长和成像。

研究人员研究了Vg1和Nodal两种蛋白质之间的相互作用。研究小组研究的问题之一是为什么Vg1保持不活跃状态，直到它与Nodal配对形成更大的蛋白质复合物(称为异二聚体)，异二聚体由细胞分泌，并向胚胎细胞发出信号，使其分化为特定的组织和器官。

“我们发现有些蛋白质的作用类似于分子伴侣，与Vg1结合并迫使其保持为非活性单体，”Dingal说。“然而，在Nodal存在的情况下，分子伴侣被释放，然后Nodal可以与Vg1形成二聚体。”

研究人员发现配对行为不足以激活Vg1和Nodal。二聚体的Vg1部分必须在细胞的其他部分进行额外的加工，包括在高尔基体中，酶从Vg1部分切掉或裂解不必要的氨基酸，就像园丁修剪玫瑰花一样。

为了研究Vg1的加工过程，Dingal和他的同事开发了一种操纵该蛋白质的方法。研究人员利用源自病毒家族的切割酶开发了一种合成酶，可以直接切割斑马鱼胚胎中Vg1的特定氨基酸。

他们发现，Vg1-Nodal异二聚体在从细胞中释放出来与靶细胞上的受体结合之前不需要经过裂解。然而，Vg1必须经历裂解(而Nodal不需要裂解)才能激活靶细胞上的信号传导。

丁加尔将在该项目的下一阶段继续研究蛋白质，以确定伴侣蛋白用于控制信号复合物组成的分子规则。