【分享】Cell|窥探细胞工厂内部，首次在生理环境下捕获代谢调控的蛋白酶体组装体
2026年05月08日 19:25许多蛋白质位于无膜的细胞器中。然而，理解无膜细胞器形成的步骤—以及对颗粒成分的结构影响—受到细胞内数据分辨率有限的阻碍
2026年1月27日，加拿大多伦多大学Cordula Enenkel、德国马克斯·普朗克生物化学研究所Wolfgang Baumeister、Brenda A. Schulman共同通讯在Cell在线发表题为“Metabolically regulated proteasome supramolecular organization in situ”的研究论文。该研究发现了酵母26S蛋白酶体特定的高级五元结构，以及代谢状态改变时无膜细胞器的形成。研究表明，无活性的26S蛋白酶体寡聚成三聚体，三聚体组装成次晶阵列，在低能条件下充当完全组装的蛋白酶体的储库，当葡萄糖恢复时准备重新激活。
真核细胞的调节依赖于蛋白质活动的时空控制。反过来，蛋白质的功能通常依赖于它们与细胞核或细胞质细胞器的膜包裹范围内的相互作用物的共同分配。现在还清楚的是，许多细胞过程依赖于独特的无膜细胞器内特定蛋白质的浓度，这些细胞器通常通过荧光显微镜观察为“颗粒”或“点状”。虽然无膜细胞器的功能刚刚开始出现，但一些颗粒被认为可以刺激动态活动，如信号转导和自噬货物募集。其他无膜细胞器在应对压力时形成，抑制和储存介导蛋白质翻译或大分子降解的复合物。尽管对无膜细胞器有很大的兴趣，但对其形成过程中的步骤的理解——以及并入无膜细胞器如何影响组成蛋白质的结构——受到荧光显微镜分辨率有限的限制。
目前对无膜细胞器的结构理解大多来自对形成相分离凝聚体的大分子的体外研究，如在应激颗粒、核仁或介导DNA修复中发现的那些。这种组装通常由内在无序的蛋白质和/或核酸与配对大分子之间的多价相互作用介导。这些组件通常被建模为结构明确的亚复合物，通过中间的柔性区域动态连接。然而，许多无膜细胞器已被证明难以在体外重建，只能在自然环境中观察到。对介导这种无膜细胞器组装和功能的相互作用的本质的机械见解——包括在yeast中充分研究的蛋白酶体储存颗粒(PSG)—仍然未知。
机理模式图（图源自Cell）
该研究通过原位冷冻电子断层扫描(cryo-ET)以及酵母蛋白酶体储存颗粒(PSGs)的形成来应对这些挑战。在从增殖到静止的转变过程中，处于失活状态的双帽26S蛋白酶体排列成7.5 MDa的三聚体单位，分散在核质中并沿核孔附近的核膜聚集。9-A分辨率的cryo-ET结构揭示了在各种能量限制条件下形成的细胞质PSG是成束纤维的次晶阵列，由蛋白酶体三聚体堆积而成。次晶排列维持了一个完全组装的无活性26S蛋白酶体池，这些蛋白酶体在富含能量的条件下释放。总的来说，该研究揭示了细胞内无膜细胞器原位组装的结构步骤和控制主要真核生物调节机器的五元结构形成。
小贴士