科学家们发现，如果氧化应激破坏了称为核糖体的蛋白质工厂，修复人员可能会介入以帮助修复损伤，以便快速恢复工作，这是一项对细胞内部运作至关重要的发现。
该研究的主要作者、分子生物学家Katrin Karbstein 博士说，这一发现周五发表在《分子细胞》杂志上，可能对癌症、衰老过程以及生长发育产生影响。, Herbert Wertheim UF Scripps Institute for Biomedical Innovation & Technology教授。
“实际上，所有细胞的一半以上是核糖体，”Karbstein 说。“如果你没有足够的核糖体，或者它们发生故障，蛋白质就不能正确合成，这可能会导致所有这些疾病。例如，我们知道核糖体机制的缺陷存在于所有癌细胞中。”
在人类中，单个细胞可能有 1000 万个核糖体呼啸而过，组装基因中拼写的蛋白质，一次一个氨基酸。虽然许多因素都会损害它们——感染、紫外线、辐射或氧化应激——但细胞具有非凡的自我保护能力。通常，损坏的物品会被标记为销毁、切割和回收。然而，由于核糖体如此重要以至于数量众多，破坏每一个受损的核糖体都是有问题的。
在他们的研究中，Karbstein 及其同事发现了一种替代方法，专门针对氧化应激损伤。当能量代谢过程产生的高活性氧分子必须找到稳定的着陆点时，细胞就会发生氧化应激。通常那些稳定的地方存在于蛋白质中。过量氧气的引入会改变和损坏接收分子。就核糖体而言，它可以完全停止构建蛋白质的工作。
科学家们发现，核糖体通过辅助分子修复这种不良损伤，辅助分子的作用类似于伴侣，护送受损片段远离细胞。损伤很快就修复了，核糖体又摆动起来。因此，细胞避免了必须分解和重建全新核糖体的更密集过程，以及核糖体库突然丢失的风险。
“通常当蛋白质被破坏时，细胞只会降解它们。核糖体是一个非常大的 RNA 和蛋白质复合体，所以如果一个部分坏了，你可能不想扔掉整个东西，”Karbstein 说。“这就像换一个漏气的轮胎，而不是买一辆新车。”
生物化学推动了这一过程。核糖体中的半胱氨酸氨基酸分子是这些自由基氧分子的频繁接受者。氧化损伤足以改变它们，如果伴侣分子在附近，它们更愿意与核糖体分离并结合到伴侣上。当它们离开核糖体时，未受损的氨基酸会移动到它们正确的位置，修复缺口并恢复蛋白质生产。
化学家Kate Carroll 博士实验室的发现使生化研究成为可能，该实验室也在 Wertheim UF Scripps 研究所。Carroll 的实验室开发了用于监测胱氨酸氨基酸氧化损伤的特殊试剂和工艺。
该论文的第一作者是 Karbstein 实验室博士后研究员Yoon-Mo (Jason) Yang 博士。杨说，虽然这一发现是在酵母中进行的，但这种核糖体修复系统似乎在包括人类在内的许多物种中都得到了保护。例如，对人类神经元的研究表明了类似的现象。
“所有生物体都会受到氧化应激，因此所有生物都会发生蛋白质损伤，”杨说。“我们怀疑核糖体修复机制发生在每一种生物中，包括人类。”
展望未来，科学家们有许多问题需要解决：他们找到了两个伴侣;还有更多吗?许多抗生素会使核糖体失效，那么细菌中的修复机制是否有助于它们逃避抗生素?缺少伴侣蛋白的酵母细胞生长不佳并且看起来不太健康，那么这会影响衰老、生长和发育吗?Karbstein 说，这些只是这一发现提出的几个问题。
“我正在考虑如何将其转化为老龄化模式，”Karbstein 说。“这就像填拼图一样。你有这个，然后是另一个，然后你说，'哦，所有的部分就是这样组合在一起的。所以，还有更多的碎片有待发现。”
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