許多蛋白質(zhì)位于無膜的細胞器中。然而，理解無膜細胞器形成的步驟—以及對顆粒成分的結(jié)構(gòu)影響—受到細胞內(nèi)數(shù)據(jù)分辨率有限的阻礙

2026年1月27日，加拿大多倫多大學Cordula Enenkel、德國馬克斯·普朗克生物化學研究所Wolfgang Baumeister、Brenda A. Schulman共同通訊在Cell在線發(fā)表題為“Metabolically regulated proteasome supramolecular organization in situ”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了酵母26S蛋白酶體特定的高級五元結(jié)構(gòu)，以及代謝狀態(tài)改變時無膜細胞器的形成。研究表明，無活性的26S蛋白酶體寡聚成三聚體，三聚體組裝成次晶陣列，在低能條件下充當完全組裝的蛋白酶體的儲庫，當葡萄糖恢復時準備重新激活。

真核細胞的調(diào)節(jié)依賴于蛋白質(zhì)活動的時空控制。反過來，蛋白質(zhì)的功能通常依賴于它們與細胞核或細胞質(zhì)細胞器的膜包裹范圍內(nèi)的相互作用物的共同分配?，F(xiàn)在還清楚的是，許多細胞過程依賴于獨特的無膜細胞器內(nèi)特定蛋白質(zhì)的濃度，這些細胞器通常通過熒光顯微鏡觀察為“顆粒”或“點狀”。雖然無膜細胞器的功能剛剛開始出現(xiàn)，但一些顆粒被認為可以刺激動態(tài)活動，如信號轉(zhuǎn)導和自噬貨物募集。其他無膜細胞器在應對壓力時形成，抑制和儲存介導蛋白質(zhì)翻譯或大分子降解的復合物。盡管對無膜細胞器有很大的興趣，但對其形成過程中的步驟的理解——以及并入無膜細胞器如何影響組成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)——受到熒光顯微鏡分辨率有限的限制。

目前對無膜細胞器的結(jié)構(gòu)理解大多來自對形成相分離凝聚體的大分子的體外研究，如在應激顆粒、核仁或介導DNA修復中發(fā)現(xiàn)的那些。這種組裝通常由內(nèi)在無序的蛋白質(zhì)和/或核酸與配對大分子之間的多價相互作用介導。這些組件通常被建模為結(jié)構(gòu)明確的亞復合物，通過中間的柔性區(qū)域動態(tài)連接。然而，許多無膜細胞器已被證明難以在體外重建，只能在自然環(huán)境中觀察到。對介導這種無膜細胞器組裝和功能的相互作用的本質(zhì)的機械見解——包括在yeast中充分研究的蛋白酶體儲存顆粒(PSG)—仍然未知。

機理模式圖（圖源自Cell）

該研究通過原位冷凍電子斷層掃描(cryo-ET)以及酵母蛋白酶體儲存顆粒(PSGs)的形成來應對這些挑戰(zhàn)。在從增殖到靜止的轉(zhuǎn)變過程中，處于失活狀態(tài)的雙帽26S蛋白酶體排列成7.5 MDa的三聚體單位，分散在核質(zhì)中并沿核孔附近的核膜聚集。9-A分辨率的cryo-ET結(jié)構(gòu)揭示了在各種能量限制條件下形成的細胞質(zhì)PSG是成束纖維的次晶陣列，由蛋白酶體三聚體堆積而成。次晶排列維持了一個完全組裝的無活性26S蛋白酶體池，這些蛋白酶體在富含能量的條件下釋放?？偟膩碚f，該研究揭示了細胞內(nèi)無膜細胞器原位組裝的結(jié)構(gòu)步驟和控制主要真核生物調(diào)節(jié)機器的五元結(jié)構(gòu)形成。

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