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Nature:真核核糖体可以像原核核糖体一样被修饰以应对抗生素

SNC杂志一周科研新进展精选导读(2021/5/26期)

SNC杂志一周科研新进展精选导读(2021/5/26期)

 

《自然通讯》杂志的一项新研究表明,真核核糖体可以像原核核糖体一样被修饰以应对抗生素。

 

图:一种抗生素(绿色),结合在类人酵母核糖体(灰色)中,允许合成一些蛋白质(以橙色、紫色和蓝色表示),但不能合成其他蛋白质(深绿色)。马克西姆Svetlov / UIC

 

伊利诺伊大学芝加哥分校(University of Illinois Chicago)的研究人员称,用于治疗肺炎和鼻窦炎等常见细菌感染的抗生素也可能用于治疗癌症等人类疾病。

正如《自然通讯》杂志的一项新研究所概述的,UIC药学院团队在实验室实验中表明,真核核糖体可以像原核核糖体一样被修饰以对抗生素作出反应。

真菌、植物和动物——像人类一样——都是真核生物;它们是由具有明确细胞核的细胞构成的。另一方面,细菌是原核生物。它们是由细胞组成的,这些细胞没有细胞核,具有不同的结构、大小和性质。真核细胞和原核细胞的核糖体负责细胞生长和繁殖所需的蛋白质合成,它们也不同。

“一些用于治疗细菌感染的抗生素以一种有趣的方式起作用。它们与细菌细胞的核糖体结合,选择性地抑制蛋白质的合成。一些蛋白质可以被制造,但其他不能。”亚历山大·曼金说,他是UIC药学院药物化学和生药学的亚历山大·内法克教授,也是该研究的资深作者。“如果不制造这些蛋白质,细菌就会死亡。”

当人们使用抗生素治疗感染时,病人的细胞不会受到影响,因为药物的设计不是为了与真核细胞形状不同的核糖体结合。

“因为有许多人类疾病造成的多余的蛋白质的表达,这是常见的在很多类型的癌症和神经退行性疾病,例如,我们想知道如果有可能使用抗生素来阻止人类细胞使多余的蛋白质,和只有多余的蛋白质,“Mankin说。

为了回答这个问题,曼金和研究的第一作者、药学系研究助理教授马克西姆·斯维特洛夫(Maxim Svetlov)研究了酵母,一种具有类似人类细胞的真核生物。

曼金说,该研究小组的合作伙伴来自德国和瑞士,他们表演了一个“很酷的把戏”。“我们将酵母核糖体改造得更像细菌。”

曼金和斯维特洛夫的团队利用生物化学和优秀遗传学改变了酵母核糖体RNA中7000多个核苷酸中的一个,这足以使大环内酯类抗生素作用于酵母核糖体——大环内酯类抗生素是一种通过与细菌核糖体结合而起作用的常见抗生素。利用这种酵母模型,研究人员应用基因组分析和高分辨率结构分析来了解细胞中每一种蛋白质是如何合成的,以及大环内酯如何与酵母核糖体相互作用。

曼金说:“通过分析,我们了解到,根据蛋白质的特定基因特征,大环内酯能不能在真核核糖体上停止产生大环内酯,这取决于“好”或“坏”序列的存在。”“这向我们展示了,从概念上讲,抗生素可以用来选择性地抑制人类细胞中的蛋白质合成,并用于治疗由‘坏’蛋白质引起的人类疾病。”

UIC研究人员的实验为进一步的研究提供了舞台。“现在我们知道这些概念起作用了,我们可以寻找能够结合在未经修饰的真核核糖体上的抗生素,并优化它们,只抑制那些对人类有害的蛋白质,”曼金说。


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