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中研院突破 細胞內物質運輸解密

台灣醒報 標誌 台灣醒報 2014/4/28 李昀澔
中研院突破 細胞內物質運輸解密 © 台灣醒報 中研院突破 細胞內物質運輸解密

【台灣醒報記者李昀澔台北報導】中研院團隊又有新突破!中研院生化所特聘研究員陳瑞華所領導的團隊陸續歷時9年,於國際頂尖期刊《分子細胞》發表研究指出,生物體細胞內「物質運輸」的關鍵之一,是一種小型蛋白質「泛素」上的「K33」連接點,該機制牽涉神經細胞訊息傳導、荷爾蒙分泌等重要生理功能,被國際學界視為基礎生命科學研究的重大進展。

泛素是由76個胺基酸所組成的小型蛋白質,在76個胺基酸中,有8個「位點」可供「鍵結」,就好像8個卡榫,能使泛素像「樂高」玩具一樣,連接成各種結構的「泛素鏈」,而泛素與體內其他蛋白質結合的現象稱作「泛素化」,透過蛋白質被泛素化,會啟動許多維持生命現象所必須的生理反應。

【泛素化功能解密】
在8個鍵結位置中,學界目前較清楚的是「K48」位點,K48所引發的蛋白質泛素化,會將細胞內物質送到「蛋白酶體」,進行「降解」反應;蛋白酶體號稱是細胞內的「碎紙機」,各種代謝廢物都會運送至蛋白酶體分解。另一條與降解反應不同的路線,是「K63」位點蛋白質泛素化引起的連鎖反應,包括細胞內與細胞間訊息傳遞、物質運輸及部分免疫反應,都與K63有關。

由K48與K63涉及的生理功能可知,泛素對維持生命至關重大,因此學界長期以來亟欲找出另外6個鍵結位置的功能,但都鮮有突破。陳瑞華團隊意外發現,「K33」鍵結位置與細胞內物質運輸大有關聯;而要「搞懂」陳瑞華等人的研究,必須先理解細胞內重要構造「高基氏體」與物質運輸的關係。

【胞內樞紐高基氏體】
「高基氏體就好比是細胞內的交通樞紐,」陳瑞華比喻,無論物質是從細胞中心的「細胞核」送往細胞膜,或「由外而內」運輸,都必須「經過」高基氏體,也就是當「待運輸」的物質送到高基氏體後,會「包裹」在「囊泡」構造中,透過類似「從大泡泡中捏出小泡泡」的方式脫離高基氏體外膜,再與「核內體」或細胞膜等「下一站」構造的「大泡泡」融合,達到物質運輸的效果。

陳瑞華團隊發現,一個稱作「KLHL20」的蛋白質酵素,會催化另一個稱作「Crn7」的蛋白質與泛素K33位置連結,形成泛素鏈;而在Crn7泛素化後,會與高基氏體上的一個蛋白質「Eps15」結合,Eps15的功能類似地標,可將Crn7「帶到」高基氏體外膜上的定點。

【推動胞內物質運輸】
高基氏體外膜上有一種稱作「球狀肌動蛋白」的物質,泛素化的Crn7會促使球狀肌動蛋白聚集成鏈狀的纖維肌動蛋白,在纖維肌動蛋白「增長」同時,會擠壓高基氏體外膜,就像擠壓大泡泡會擠出小泡泡一般,當小泡泡不斷被擠壓,最後脫離高基氏體外膜,小泡泡內包裹的物質就隨著小泡泡往細胞膜移動。

研究人員透過細胞實驗抑制KLHL20或Crn7功能,使細胞運輸受損,就無法存活,而K33位置被破壞後,細胞生長狀況也較差,顯示K33引發的泛素化確實是維持生命的重要環節。陳瑞華指出,包括生物體如何決定該走K48的「垃圾桶」路線,或K63與K33的物質運輸途徑,以及其他負責「去泛素化」的酵素是否與K33及細胞內物質運輸有關,都是未來繼續研究的方向。

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