幾十年來， 科學(xué)家們一直想知道像蛋白質(zhì)這樣的大分子如何穿過細(xì)胞壁，而不留下任何痕跡。 這種能力是使某些藥物--包括一些癌癥治療和COVID-19疫苗--發(fā)揮作用的部分原因。它也是細(xì)菌毒素進(jìn)入人體細(xì)胞并造成破壞的方式。

其中一個(gè)例子是白喉毒素，它由白喉?xiàng)U菌產(chǎn)生并導(dǎo)致白喉，這是一種嚴(yán)重的、可能致命的急性呼吸道傳染病。但這些蛋白質(zhì)如何進(jìn)入人體細(xì)胞的機(jī)制是一個(gè)科學(xué)之謎。

最近發(fā)表在《ACS化學(xué)生物學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究解答了這個(gè)謎團(tuán)。該研究確定了蛋白質(zhì)穿過細(xì)胞膜的方式，這一發(fā)現(xiàn)可以為將來以更好的方式將藥物送入細(xì)胞，或治療細(xì)菌毒素引起的疾病奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

該研究的資深作者、俄亥俄州立大學(xué)化學(xué)和生物化學(xué)教授裴德華說：“膜包裹這些毒素的方式幾乎就像一個(gè)魔術(shù)。”

裴德華在俄亥俄州立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)多年來一直試圖了解細(xì)菌毒素等生物大分子如何進(jìn)入人體細(xì)胞，目的是找到將藥物送入這些細(xì)胞的方法。該研究的主要作者、俄亥俄州立大學(xué)的一名研究生Ashweta Sahni說，正是通過這項(xiàng)工作，研究人員發(fā)現(xiàn)了一些毒素是如何穿過細(xì)胞膜的。

研究人員已經(jīng)知道小分子是如何穿透細(xì)胞膜的，通常是通過與膜結(jié)合，然后通過它擴(kuò)散。但他們知道，蛋白質(zhì)不具備這種能力，因?yàn)樗鼈兲蟆Ｖ钡浆F(xiàn)在，最流行的假設(shè)是蛋白質(zhì)通過膜上的小孔，即所謂的孔隙，類似于巴黎的穿墻人雕塑。但裴德華團(tuán)隊(duì)之前的工作并不支持這一假設(shè)。

在進(jìn)行團(tuán)隊(duì)的其他項(xiàng)目時(shí)，Sahni注意到，一些被稱為肽的蛋白質(zhì)片段通過推動(dòng)膜而穿過膜。肽使膜變形為小的圓形“芽”。然后，這些“芽”作為小氣泡分離，被稱為囊泡，最終"爆裂"，使肽在細(xì)胞內(nèi)被釋放。該小組隨后觀察到，兩種結(jié)構(gòu)不同的細(xì)菌毒素也采用了這種相同的機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)使他們得出結(jié)論，這種“芽”和塌陷機(jī)制是許多大型生物分子采用的一種常見機(jī)制。

Sahni說：“這種芽和塌陷現(xiàn)象以前不為人知，但我們能夠目睹它，因?yàn)槲覀冇性O(shè)備、培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)，知道我們在看什么。”

該團(tuán)隊(duì)通過共聚焦顯微鏡見證了活體細(xì)胞中的芽和塌陷現(xiàn)象，這種成像技術(shù)使他們能夠聚焦于細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞膜上發(fā)生的這些特定的蛋白質(zhì)。

裴德華說，這一發(fā)現(xiàn)有可能為新的藥物療法打開大門，利用這一發(fā)現(xiàn)來操縱藥物進(jìn)入細(xì)胞的方式。

關(guān)鍵詞： 蛋白質(zhì) 細(xì)胞壁 科學(xué)家 白喉