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美国和德国的研究人员刚刚发现了一种以前被忽视的蛋白质分子，它们可能是蛋白质如何在活细胞内相互作用以实现特殊功能的关键。研究人员在蛋白质界面的外边缘发现了微小的分子材料 - 他们将其命名为“附加物” - 定制蛋白质可以做什么。他们之所以选择这个名称是因为附加组件可以自定义蛋白质之间的界面，就像软件附加软件定制用户的Web界面一样。
虽然人们早就知道蛋白质具有与其他蛋白质连接的界面区域，但尚不清楚关键蛋白质如何能够在拥挤的细胞环境中找到彼此，这可能包含数以万计的其他蛋白质。现在，俄亥俄州立大学和雷根斯堡大学的研究人员在“美国国家科学院院刊”上报告说，它是使蛋白质能够与合适的专业伙伴完全联系的附加物。
弗洛里安·布施是俄亥俄州立大学化学和生物化学博士后研究员，也是该研究的合着者，他称蛋白质附加物的存在是“以前未知的基本驱动原理”，以确保蛋白质以特定方式相互作用。
研究人员对活细菌进行了实验，证明了附加物对正常细胞功能的重要性。例如，他们确定在生物体枯草芽孢杆菌中，在其中缺少独特的界面附加物，在某些条件下细菌菌落减少了80%。其原因是缺失的界面附加物导致枯草芽孢杆菌细胞中蛋白质的不健康的交叉相互作用。
正如我们所知，很难夸大蛋白质对生命的重要性。酶是能够在细胞中发生化学反应的蛋白质。抗体是与体内外来入侵者结合的蛋白质。该列表继续包含数千个关键功能。在大多数情况下，蛋白质必须相互连接并形成称为蛋白质复合物的组，以执行这些不同的任务。
但究竟蛋白质如何能够完成他们所做的一切都是一个谜 - 一个植根于数学和几何学的谜。有20种已知的氨基酸以长链连接在一起然后折叠形成蛋白质。它是决定蛋白质通用形状或几何形状的折叠。尽管在自然界中仅存在约1,000种已知的蛋白质几何形状，但是蛋白质以某种方式能够形成能够执行数十万种非常特定功能的复合物。
雷根斯堡大学论文和生物化学家的主要作者马克西米利安·普拉奇解释了研究人员如何知道解决这个问题的方法。“分析蛋白质如何相互作用以及界面是什么样的，它们是如何构建的以及它们是如何进化的，已经做了很多工作，”他说。“但界面的周边区域并没有受到太多的关注。我认为我们的方法中的新颖之处在于看待那些迄今为止被认为不那么重要的区域。”
由计算生物学家Rainer Merkl和蛋白质生物化学家Reinhard Sterner领导的Regensburg团队在大型计算机集群上分析了来自超过15,000个细菌和古细菌基因组的蛋白质序列。他们将具有共同进化祖先的蛋白质分类为一种家谱，并将单个蛋白质与其蛋白质“亲属”进行比较。这就是他们如何发现某些蛋白质中存在但在其他蛋白质中缺失的界面结构 - 附加组件。
Busch和Vicki Wysocki，俄亥俄州大分子结构和功能的杰出学者和俄亥俄州立大学校园化学仪器中心的主任，然后使用原生质谱检测附加物的存在和缺失如何影响蛋白质与每种蛋白质相互作用的能力。其他。“我们真的很高兴我们的原生质谱技术可以帮助确定这些界面'附加物'的作用 - 即使在拥有类似结构的拥挤的细胞环境中，蛋白质也可以找到其关键的伴侣蛋白，”Wysocki说过。
对于Busch来说，这项研究真正令人兴奋的事情之一是研究人员使用“大数据” - 在这种情况下，整个蛋白质和基因组数据库。“我认为我们的工作是如何利用公开数据来理解自然界基本原理的一个重要例子，我认为数据挖掘在未来的生物医学领域将变得越来越重要，”他说。
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