研究:新發現的蛋白質可幫助拯救生命

酵母菌無處不在,包括在我們身體內部和周圍,很像細菌。而且,像細菌一樣,酵母菌可能感染你並使你生病。每年大約有1.5億人被酵母菌感染,大約有170萬人死於酵母菌,主要是免疫力低下的人。酵母細胞和人類免疫系統細胞使用非常相似的化學反應來選擇何時生長。亞利桑那大學的研究人員發現了這兩種細胞類型之間的細微差別,這可能鼓勵創造出抗真菌藥物,這些藥物可能針對體內的致病酵母,同時保護免疫系統。

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他們的研究發表在《eLife》雜誌上,不僅對藥物開發有影響,而且還揭示了所有多細胞生物體中存在的一種古老的生長控制途徑是如何通過時間演變的。

科學界很清楚,一種被稱為雷帕黴素靶蛋白複合物 1(TORC1)的蛋白質複合物調節着從人類到酵母的各種細胞生長。然而,在酵母中啟動這一過程的蛋白質最近已經被確定,並被命名為Ait1。它是一個營養傳感器和TORC1調節器。當功能正常時,Ait1在酵母細胞缺乏營養時關閉TORC1,抑制細胞生長。

研究報告的共同作者、亞利桑那大學分子和細胞生物學系副教授、BIO5研究所成員 Andrew Capaldi表示:“Ait1有點像一隻固定TORC1的手,有一根手指伸到上面,根據細胞的營養物質多少來開啟和關閉TORC1。”

Capaldi實驗室對確定細胞如何感知壓力和飢餓,然後決定以何種速度生長感興趣。了解TORC1在不同生物體中是如何被觸發的,對於開發各種疾病的治療方法非常重要。

TORC1最初是在酵母中發現的,但它對於激活人類免疫系統中的細胞以做出反應也是至關重要的。當TORC1沒有發揮應有的作用時,它可以引發癌症、糖尿病和各種神經系統疾病的發展,包括癲癇和抑鬱症。

“如果TORC1過於活躍,它可以引起癌症或癲癇。如果它不活躍,那麼它可以引起抑鬱症,”Capaldi說。“我們把這稱為‘金鳳花姑娘’規則。”

但是,人體依賴與酵母相同的TORC1途徑的事實帶來了一個問題。Capaldi表示,如果科學家開發出通過控制TORC1來抑制致病酵母菌生長的藥物,“我們就有大麻煩了,因為TORC1也控制着人類免疫細胞的生長等等。”

“舉個例子,你可以用雷帕黴素–一種直接與TORC1結合併抑制TORC1的藥物–非常容易地阻斷酵母菌的生長,所以這可以很好地對抗任何感染,”Capaldi說。“然而,這種藥物也經常被用於移植病人,以抑制他們的免疫系統,所以這將是一場災難。”

研究人員發現,雖然TORC1途徑在酵母和人類中非常相似,但人類並不依賴Ait1來調節TORC1。因此,專門針對Ait1的藥物應該抑制酵母而不是人類免疫細胞的生長。

Ait1隻是在過去的2億年裡進化出來的,從進化的角度來說是比較新的。大約2億年前,一種叫做Rheb的TORC1調節器似乎正是在Ait1進化的時候從各種生物的細胞中消失了。

“我們表明,在人類中發現的一些古老的TORC1調節器(包括Rheb)已經在2億年前獲得Ait1的相同酵母中消失,”Capaldi說。“這些古老的調節器在其他單細胞生物的進化中也已經丟失,包括許多寄生蟲和植物。因此,其他單細胞生物很可能獲得了它們自己的新的調節器–類似於Ait1。現在人們可以出去尋找它們,因為它們也將是很好的藥物目標。”