細胞新的資源回收系統?細胞核膜親自運送代謝廢棄物!

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細胞正常運作是動態平衡的過程,細胞不斷產生新的蛋白質,也需要有分解廢棄蛋白質的回收系統。泛素─蛋白酶體(ubiquitin-proteasome)系統是負責代謝細胞廢棄蛋白的主要機制,如果回收功能異常,細胞內累積過多廢棄蛋白質會產生毒性,阿茲海默症與失智症的病發都與蛋白代謝功能失調有關。

瑞典哥德堡大學(University of Gothenburg)團隊提出細胞運送廢棄物新機制:細胞核膜出芽(nuclear envelope budding, NEB)途徑。當泛素─蛋白酶體代謝機制超過負荷、或者功能異常時,NEB 會將細胞核內的廢棄物蛋白帶出細胞核。有別於大部分蛋白是透過核孔運輸進出細胞核,NEB 則是由細胞核膜形成出芽體(budding),將廢棄蛋白包覆帶出細胞核,這項功能也具有應用癌症治療的潛力。研究成果發表於《Proceedings of the National Academy of Sciences》。

細胞壓力誘導核膜出芽,協助代謝細胞廢物  

首先,研究團隊確定 NEB 與細胞代謝的功能有關,他們透過免疫電子顯微鏡技術,觀察到出芽體裝載的蛋白質上帶有泛素等蛋白分解酵素。此外,NEB 廣泛出現在許多物種體內,包含錐蟲、人類細胞。

研究進一步指出會誘發 NEB 會發生的情境多與細胞壓力有關,尤其在以下 4 種情境:熱休克反應、高濃度過氧化氫、高濃度亞砷酸鹽(arsenite)、以及 azetidine-2-carboxylic acid (AZC) 作用的條件下,尤其 AZC 最容易夠誘發核膜出芽發生。另外蛋白酶體功能被抑制時,也會誘發 NEB 以補足細胞代謝功能。

癌症治療新途徑

這項研究提出的 NEB 途徑,有別於泛素─蛋白酶體細胞代謝機制。該研究負責人 Johanna Höög 博士形容阻斷細胞的蛋白酶體代謝「就像把細胞所有代謝出口都封閉」,這會使得細胞轉而以 NEB 途徑處理細胞廢物。

這項另類機制也有癌症治療的潛力,因為癌細胞產生的蛋白質廢物較正常細胞多,所以化療即是透過抑制細胞代謝、累積毒性物質進而導致癌細胞凋亡。將來若能進一步釐清癌細胞的 NEB 機制,有助提升化療的成效。

延伸閱讀:垃圾基因調控端粒酶兩面刃?抗老化但有利癌細胞增生?

參考資料:

1. PNAS, 2021; https://www.pnas.org/content/118/30/e2020997118

2. https://phys.org/news/2021-09-pathway-cell-important-future-treatments.html

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