열이 세포를 죽이는 방법

특정 온도 이상으로, 셀은 무너지고 죽습니다. 이 열 강화 부족에 대한 가장 간단한 설명 중 하나는 생명에 필수적인 단백질 (음식이나 햇빛으로부터 에너지를 추출하고 침략자를 방해하고 폐기물을 파괴하는 등 종종 아름답고 정확한 모양을 가지고 있다는 것입니다. 그들은 긴 가닥으로 시작한 다음, 구성 요소의 시퀀스에 의해 지시 된 것처럼 나선, 헤어핀 및 기타 구성으로 접습니다. 이 모양은 그들이하는 일에 큰 역할을합니다. 그러나 상황이 가열되기 시작하면 단백질 구조를 함께 유지하는 결합은 먼저 약한 것, 그리고 온도가 장착되면 더 강한 것입니다. 단백질 구조의 광범위한 손실은 치명적일 것이지만, 최근까지 과열 된 세포를 죽이는 방법에 대한 세부 사항은 알려지지 않았다.

그러나 이제 진정한 투어 드 포스에서 스위스의 ETH 취리히의 생물 생리 학자들은 열이 증가함에 따라 4 가지 다른 유기체의 세포에서 모든 단백질의 거동을 조사했습니다. 이 연구와 그 풍부한 데이터 예금, 최근 Science 에 발표되었습니다. , 세포가 죽는 온도에서 - 인간 세포이든 대장균 의 - 소수의 핵심 단백질만이 분리됩니다. 또한, 세포에서 단백질의 풍부함은 단백질의 안정성과 흥미로운 관계를 보여주는 것으로 보입니다. 이 연구는 단백질의 질서와 장애를 지배하는 기본 규칙을 엿볼 수 있습니다. 연구자들이 실현하고있는 규칙은 열이 죽는 이유에 대한 문제를 훨씬 뛰어 넘습니다.

이 연구를 이끌었던 생물 물리학자인 Paola Picotti는 실험이 오래되고 가혹한 질문에서 생겨 났다고 설명했다. 왜 일부 세포는 왜 고온에서 살아남지 다른 다른 세포는 죽는가? 박테리아 Thermus thermophilus 온천과 심지어 가정용 온수 히터에서도 행복하게 산다. coli 섭씨 40도 이상 (화씨 104도). 강력한 증거는 각 유기체 단백질의 안정성의 차이가 관여한다는 것을 의미합니다. 그러나 여전히 살아있는 세포에 앉아있는 동안 단백질의 행동을 보는 것은 쉽지 않습니다. 그리고 시험관에서 단백질을 분리하면 유기체 내에서 단백질 내에서 단백질이 서로의 화학을 변경하거나 올바른 모양으로 붙잡는 것이기 때문에 부분적인 대답 만 제공합니다. 분리되는 것이 무엇이며 왜 단백질이 서로 영향을 미치는 동안 단백질을보아야합니다.

이 문제를 해결하기 위해 팀은 열린 세포를 분할하고 내용물을 단계적으로 가열하여 모든 단계에서 혼합물에 단백질 슬라이싱 효소를 방출하는 거대한 자동화 된 워크 플로우를 고안했습니다. 이 효소는 특히 펼쳐진 단백질을 슬라이싱하는 데 특히 좋습니다. 따라서 연구자들은 각 온도 하이킹에서 단백질이 분리 된 단편을 보면서 알 수 있습니다. 이런 식으로, 그들은 연구 한 수천 개의 단백질 각각에 대한 전개 또는 변성, 곡선을 그래프로, 편안한 온도에서 온전한 구조에서 변성 상태로 이동함에 따라 아크를 보여 주었다. 이러한 곡선이 종마다 어떻게 다른지 확인하기 위해, 그들은 4 종인 인간, e의 세포에서 과정을 수행했습니다. Coli, t. 영양소 그리고 효모. 시카고 대학교의 생물 학자 인 Allan Drummond는“이것은 아름다운 연구입니다.

가장 분명한 관찰 중 하나는 각 종에서 단백질이 온도 향상으로 대량으로 전개되지 않았다는 것입니다. 피코티는“우리는 단백질의 작은 서브 세트만이 매우 일찍 무너지는 것을 보았습니다. 단백질의 상호 관계에 대한 네트워크 스타일 다이어그램 에서이 취약한 소수는 종종 고도로 연결되어있어 세포의 수많은 과정에 영향을 미칩니다. 피코티는“이것들이 없으면 세포는 기능 할 수 없다”고 말했다. "이것들이 사라지면 전체 네트워크가 무너질 것입니다." 그리고 분명히, 분명히 세포의 생명.

가장 중요한 단백질 중 일부가 가장 섬세한 것처럼 보이는이 역설은 진화가 어떻게 일을하도록했는지를 반영 할 수 있습니다. 단백질이 많은 역할을 수행하는 경우, 다소 불안정하고 펼쳐지는 경향이 있고 폴딩 및 재 폴딩이 발생하기 쉬운 이점을 얻을 수 있습니다. 이는 다음 목표가 무엇이든 적절한 다양한 모양을 가정 할 수 있기 때문입니다. "이들 [키] 단백질의 많은 부분은 유연성이 높기 때문에 더 불안정하게 만들어 지지만 세포에서 다양한 표적 분자에 결합 할 수있는 다양성을 줄 수 있다고 Picotti는 설명했다. “이것이 그들이 기능을 수행 할 수있는 방법입니다. … 트레이드 오프입니다.”

e에서 더 자세히 살펴 봅니다. coli , 가장 깨끗한 데이터를 가지고 있었던 연구원들은 단백질의 풍부함 (세포 주위에 떠 다니는 사본 수와 안정성 사이의 관계를 발견했습니다. 세포가 많이 사본을 만들수록 단백질을 분해하는 데 더 많은 열이 걸렸다. (풍부함은 생명에 필수적인 것과 반드시 ​​관련이있는 것은 아닙니다. 일부 희귀 한 단백질은 중요합니다.) 풍부함과 견고성 사이의 이러한 연결은 Drummond가 10 년 정도 전에 세포 단백질 만들기 기계의 가끔씩 오류를 만드는 경향에 관해 전한 아이디어를 뒷받침합니다. 실수는 일반적으로 단백질을 불안정하게 만듭니다. 그 단백질이 매일 세포에서 수백 또는 수천에 의해 생성 된 단백질이 일반적인 것이라면, 많은 수의 복사본은 세포를 치명적으로 막을 수 있습니다. 여분의 안정성을 갖는 일반적인 단백질의 버전을 발전시키는 것은 유기체를 조정할 것이며, 피코티 팀의 데이터는 이것을 반영하는 것으로 보인다.

단백질 열을 안정적으로 만드는 특성을 탐구하기 위해 연구원들은 e의 데이터를 비교했습니다. coli 및 t. hollophilus. 대장균 단백질은 섭씨 40도에서 떨어지기 시작했으며 대부분 섭씨 70도 저하되었습니다. 그러나 그 온도에서 t. 영양소 단백질은 방금 불편 해지 기 시작했습니다. 일부는 섭씨 90도 이상까지 계속 모양을 유지했습니다. 팀은 t를 발견했습니다. 영양소 단백질은 짧아지는 경향이 있었고 특정 종류의 모양과 구성 요소가 안정적인 단백질에서 더 자주 자랍니다.

이러한 결과는 연구자들이 안정성을 가진 단백질을 자신의 요구에 신중하게 조정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 박테리아와 관련된 많은 산업 과정에서 온도를 높이면 수율이 높아집니다. 그러나 너무 오래 전에 박테리아는 열 외상으로 죽습니다. 피코티는 말했다.

그러나 이러한 모든 관찰 외에도, 각 단백질이 얼마나 쉽게 전개되는지에 대한 그룹의 풍부한 정보는 일부 생물 학자들에게 특히 흥분됩니다. 단백질의 안정성은 응집체를 형성 할 가능성이있는 직접적인 척도입니다. 서로 달라 붙는 전개 된 단백질의 덩어리. 종종 세포의 악몽 인 골재는 필수 작업을 방해 할 수 있습니다. 예를 들어, 그들은 알츠하이머 병과 같은 심각한 신경 학적 조건에 연루되어 있으며, 이는 변성 단백질의 플라크가 뇌 위로 올라간다.

그러나 이것이 이러한 조건으로 고통받는 개인에서만 집계가 발생한다는 의미는 아닙니다. 반대로, 수사관들은 명백한 스트레스 요인없이 항상 일어날 수 있으며 건강한 세포는이를 다루는 방법을 가지고 있음을 깨닫고 있습니다. 캠브리지 대학의 생화학자인 Michele Vendruscolo는“이것은 점점 더 일반적인 현상으로 인식되고 있다고 생각합니다. “대부분의 단백질은 실제로 세포 환경에서 잘못 지대하고 집계합니다. Picotti가 얻은 가장 근본적인 정보는 주어진 단백질이 전개 된 상태에있는 시간의 일부에 관한 것입니다. 이 분수는 그것이 집계 할 정도를 결정합니다.” 일부 단백질은 거의 전개되고 집계되지 않으며, 다른 단백질은 특정 상황에서만 수행하며 다른 단백질은 끊임없이 그렇게합니다. 새로운 논문의 자세한 정보는 이러한 차이가 존재하는 이유와 그 의미를 훨씬 쉽게 연구 할 수있게 해줄 것이라고 그는 말했다. 변성 곡선 중 일부는 단백질이 펼쳐진 후에 응집되고 있음을 시사하는 패턴을 보여줍니다. Vendruscolo는“그들은 전개와 후속 집계의 두 단계를 모두 모니터링 할 수있었습니다. "이것이이 연구의 흥분입니다."

많은 과학자들이 손상으로 인해 집계에 관심이 있지만 일부는 다른 각도에서 현상에 대해 생각하고 있습니다. Drummond는 일부 골재는 세포 주위에 떠 다니는 쓰레기통이 아니라는 것이 분명해 졌다고 말했다. 오히려 그들은 계속 일하는 활성 단백질을 함유하고 있습니다.

멀리서 건물에서 연기가 나오는 것을 상상해보십시오. 그 주변은 당신이 몸이되기 위해 취하는 형태입니다. 그러나 더 가까워지면 그들이 실제로 살아있는 사람들, 불타는 건물에서 탈출하여 비상 사태가 통과되기를 기다리고 있음을 알 수 있습니다. Drummond는 이것이 골재 연구에서 일어나고 있다고 Drummond는 다음과 같이 말했다. "실제로, 현재 폭발하는 전체 분야가 있습니다."

단지 손상의 징후가 아닌 덩어리는 단백질이 어려워 질 때 단백질이 기능을 보존하는 방법으로 작용할 수 있습니다. 예를 들어 주변 환경으로부터 그들을 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그리고 조건이 개선되면 단백질은 응집체를 떠나 스스로를 다시 홀로 사용할 수 있습니다. Drummond는“온도에 민감한 [형상] 변화가있어서 너무 자세히 보지 않으면 잘못 접힌 것처럼 보입니다. "하지만 다른 일이 일어나고 있습니다." 2015 세포에서 논문, 그와 공동 작업자들은 177 개의 효모 단백질을 확인하여 골재에서 회랑이 된 후 기능을 회복하는 것처럼 보였다. 지난 3 월에 나타난 논문에서 그의 팀은이 단백질 중 하나를 변경하여 집계가 실제로 세포에 심각한 문제를 일으켰다는 것을 발견했습니다.