7月26日,，來(lái)自中國(guó)浙江大學(xué)的科學(xué)家們通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí),，細(xì)菌細(xì)胞一分為二的分裂過(guò)程主要由一種蛋白產(chǎn)生的機(jī)械能所驅(qū)動(dòng),。這一研究成果于7月26日發(fā)表于美國(guó)《科學(xué)》雜志,，題為《FtsZ原絲纖維通過(guò)軸轉(zhuǎn)機(jī)制而產(chǎn)生分裂力》,。
細(xì)胞由一個(gè)母細(xì)胞分裂為兩個(gè)子細(xì)胞的發(fā)生機(jī)制一直廣受科學(xué)家關(guān)注,。此前已有研究證實(shí)，細(xì)胞分裂時(shí),，母細(xì)胞中間會(huì)先產(chǎn)生一個(gè)由“FtsZ蛋白”組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu),，這個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)被稱為“收縮之環(huán)”或“Z環(huán)”，在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的作用下,，母細(xì)胞會(huì)向內(nèi)凹陷,，進(jìn)而分裂成為兩個(gè)子細(xì)胞。
“這種向內(nèi)凹陷的力量究竟是怎么產(chǎn)生的,，而FtsZ蛋白又是如何轉(zhuǎn)化,、利用這種力量，一直是科學(xué)家們想要探究解決的問(wèn)題,。”浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院葉升教授及其實(shí)驗(yàn)組從2008年開(kāi)始進(jìn)行對(duì)FtsZ蛋白的研究,。
他們以肺結(jié)核分支桿菌中的FtsZ蛋白結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)比對(duì),，通過(guò)X射線衍射儀拍攝蛋白晶體衍射圖,，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)繪制出微觀三維結(jié)構(gòu)圖，從中觀察蛋白晶體的運(yùn)動(dòng)軌跡,。
“實(shí)驗(yàn)組通過(guò)對(duì)比100多張不同角度的圖像后觀察到,，GTP被FtsZ蛋白水解后，蛋白原絲纖維發(fā)生了50度的彎曲,。”葉升及其實(shí)驗(yàn)組認(rèn)為,，這一個(gè)彎曲是由GTP水解的化學(xué)能作用于蛋白的柔軟部分所導(dǎo)致的，正是這個(gè)相對(duì)彎曲提供了細(xì)胞膜內(nèi)陷的“原始動(dòng)力”,，進(jìn)而引發(fā)整個(gè)Z環(huán)向內(nèi)收縮,。
這一動(dòng)力的發(fā)生機(jī)制被葉升和他的課題組形容為生命的“發(fā)動(dòng)機(jī)”,，“FtsZ蛋白發(fā)生彎曲的這一個(gè)環(huán)節(jié)可以說(shuō)是細(xì)胞分裂、生命繁衍的前提之一”,。
葉升認(rèn)為,，這一研究不僅是細(xì)胞分裂基礎(chǔ)研究的進(jìn)步，還能夠?yàn)檠邪l(fā)新的廣譜抗菌藥物提供依據(jù),。“幾乎所有的細(xì)菌都是利用FtsZ蛋白進(jìn)行分裂的,，但這種發(fā)生機(jī)制與人體細(xì)胞分裂原理不同，所以FtsZ分裂蛋白有望作為靶點(diǎn)來(lái)研制新的廣譜抗菌藥物,。”
據(jù)了解,，葉升實(shí)驗(yàn)組下一步將以FtsZ蛋白及環(huán)為靶點(diǎn)，率先進(jìn)行肺結(jié)核病的分子藥物設(shè)計(jì),。（生物谷 Bioon.com）
生物谷推薦的英文摘要
Science doi: 10.1126/science.1239248
FtsZ protofilaments use a hinge-opening mechanism for constrictive force generation.
Li Y, Hsin J, Zhao L, Cheng Y, Shang W, Huang KC, Wang HW, Ye S.
The essential bacterial protein FtsZ is a guanosine triphosphatase that self-assembles into a structure at the division site termed the "Z ring". During cytokinesis, the Z ring exerts a constrictive force on the membrane by using the chemical energy of guanosine triphosphate hydrolysis. However, the structural basis of this constriction remains unresolved. Here, we present the crystal structure of a guanosine diphosphate-bound Mycobacterium tuberculosis FtsZ protofilament, which exhibits a curved conformational state. The structure reveals a longitudinal interface that is important for function. The protofilament curvature highlights a hydrolysis-dependent conformational switch at the T3 loop that leads to longitudinal bending between subunits, which could generate sufficient force to drive cytokinesis.
相關(guān)背景資料
葉升
教育背景：
1987-1991廈門大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)士
1991-1996中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所生物物理學(xué)博士
1996-1999美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)系博士后
1999-2001美國(guó)得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心生物化學(xué)系博士后
工作經(jīng)歷：
2001-2003美國(guó)Syrrx公司科學(xué)家
2003-2005美國(guó)德州農(nóng)工醫(yī)學(xué)中心科學(xué)家
2005-2010美國(guó)得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心生理學(xué)系/霍華德-休斯醫(yī)學(xué)研究所
講師---二級(jí)研究專家---助理教授
2010-至今浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院教授
曾獲榮譽(yù)：
2010年浙江省杰出青年基金獲得者
2011年教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃
2011年浙江省千人計(jì)劃
新藥研究：
在美國(guó)Syrrx公司擔(dān)任科學(xué)家期間,，葉升博士作為基于結(jié)構(gòu)的糖尿病藥物設(shè)計(jì)主要參與人之一，所設(shè)計(jì)的高選擇性雙肽蛋白酶4抑制劑之一（SYR-322）已通過(guò)臨床試驗(yàn),。日本厚生省已于2010年6月批準(zhǔn)此新藥（藥名Nesina）上市,。
