《PNAS》合成酶来解开分子之谜

德克萨斯大学达拉斯分校的一位生物工程师开发出了一种合成酶，可以控制信号蛋白Vg1的行为，Vg1在脊椎动物胚胎的肌肉、骨骼和血液的发育中起着关键作用。

研究小组正在斑马鱼身上使用一种称为合成处理(SynPro)系统的新方法来研究Vg1是如何形成的。通过了解发育中的动物信号形成的分子规则，研究人员的目标是设计出能够在治疗或预防疾病中发挥作用的机制——比如给细胞新的指令。

P.C. Dave P. Dingal博士是Erik Jonsson工程与计算机科学学院的生物工程助理教授，他和他的同事们于10月16日在《PNAS》上发表了他们的研究成果。

Dingal说:“我们对如何利用合成酶来控制天然蛋白质，包括致病蛋白质很感兴趣。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，比如能够检测癌症或在分子水平上解决细胞疾病。”

Dingal说，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有大约70%的相似性，而且它们还很小，易于在显微镜下生长和成像。

研究人员研究了两种蛋白质Vg1和Nodal之间的相互作用。研究小组调查的一个问题是，为什么Vg1在与Nodal配对形成一种更大的称为异源二聚体的蛋白质复合物之前保持失活状态。异源二聚体是从细胞分泌的，并向胚胎细胞发出信号，使其分化为特定的组织和器官。

Dingal说:“我们发现有一些蛋白质像伴侣一样与Vg1结合，迫使它保持非活性单体的状态。然而，在Nodal存在的情况下，伴侣蛋白被释放，然后Nodal可以与Vg1二聚化。”

研究人员发现，配对的行为不足以激活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处理，包括在高尔基体中，酶从Vg1部分切掉或切割不必要的氨基酸，就像园丁修剪玫瑰丛一样。

为了研究Vg1经历的过程，Dingal和他的同事们开发了一种操纵蛋白质的方法。利用一种来自病毒家族的切割酶，研究人员开发了一种合成酶，可以直接从斑马鱼胚胎的Vg1中切割特定的氨基酸。

他们发现Vg1-Nodal异源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历切割。然而，Vg1必须经过切割才能激活靶细胞上的信号，而不需要切割Nodal。

Dingal将在该项目的下一阶段继续研究这些蛋白质，以确定诸如伴侣蛋白用来控制信号复合物组成的分子规则。他最近从美国国立卫生研究院的国家普通医学科学研究所获得了190万美元的资助(R35GM150967)，用于继续他的研究。