在一项新的研究中，来自美国约翰霍普金斯大学的研究人员发现作为切割其他蛋白的特殊蛋白，扁菱形蛋白酶（rhomboid protease）能够在它们穿过细胞膜时打破“细胞速度限制”。扁菱形蛋白酶通过扭曲它们的周围环境来做到这一点，从而允许它们快速地从细胞膜的一端滑动到另一端。相关研究结果发表在2019年2月1日的Science期刊上，论文标题为“Rhomboid distorts lipids to break the viscosity-imposed speed limit of membrane diffusion”。

图片来自Science, 2019, doi:10.1126/science.aao0076。

 

细胞膜是包围着细胞的脂肪层，并形成将细胞内部和外部世界分隔开的边界。人体中将近三分之一的基因编码着建立这种边界所需的蛋白，这就使得它成为一个非常拥挤的地方，很难从中穿过。

 

论文通讯作者、约翰霍普金斯大学分子生物学与遗传学教授Sini?a Urban博士利用让扁菱形蛋白酶发光的化学物对单个扁菱形蛋白酶进行标记，结果发现它们的运动速度比它们“应该的”速度快得多。

 

在20世纪70年代，科学家们已发现蛋白穿过细胞膜的速度遵循一个称为萨夫曼-德尔布吕克粘度极限（Saffman-Delbrück viscosity limit）的数学方程式。它考虑到了蛋白的大小和形状以及蛋白流过的液体的厚度或粘度。

 

在这项新的研究中，Urban及其团队发现扁菱形蛋白酶并不是慢慢地穿过细胞膜，而是快速地移动，移动速度是根据萨夫曼-德尔布吕克粘度极限方程式预测的两倍。

 

通过更仔细地研究扁菱形蛋白酶，Urban团队发现它们在移动时与细胞膜中的脂肪相互作用并改变它们的形状。这些脂肪变得不那么粘稠，从而允许这些较大的扁菱形蛋白酶滑过。

 

为什么有些蛋白需要快速移动？这些研究人员认为扁菱形蛋白酶能够产生这种能力的原因可能在于它们能够快速穿过细胞膜，以便寻找进行切割的靶标。在条件发生变化的情况下，这些靶标中的一些必须从细胞膜上快速释放出来，以便给其他细胞提供实时信号。细胞膜中的其他酶很可能也需要快速寻找它们的靶标，因此了解这种情形在扁菱形蛋白酶中如何发生将有助于科学家们更多地了解这些蛋白及其在疾病中的作用。

 

扁菱形蛋白酶在地球上几乎所有生命形式的细胞膜中都发现到，而且科学家们正在研究这种酶超家族作为治疗寄生虫感染、癌症、炎症和神经变性的潜在靶标。

 

参考资料：

 

Alex J. B. Kreutzberger et al. Rhomboid distorts lipids to break the viscosity-imposed speed limit of membrane diffusion. Science, 2019, doi:10.1126/science.aao0076.

 

Michael S. Wolfe. Membrane protein takes the brakes off. Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw2865.