肌動蛋白是細胞中豐富、重要的蛋白質之一的微小化學修飾，長期以來一直有些神秘，其功能尚不*清楚，但賓夕法尼亞大學佩雷??爾曼醫學院的科學家現在朝著邁出了一大步消除神秘感。
科學家們在《科學進展》中報道了肌動蛋白翻譯后修飾的發現，他們相信他們的發現為生命的構建提供了啟示-類似于了解恒星是如何誕生或形成黑洞的。這些基本信息可以潛在地指導對各種疾病的研究，包括肌動蛋白缺陷或衰竭引起的肌肉無力和免疫缺陷綜合癥。
這項研究表明肌動蛋白是如何被修飾的，并且應該加速對肌動蛋白如何在細胞中起作用和被調節的進一步研究。研究人員使用X射線晶體學和其他先進技術揭示了肌動蛋白的原子級結構，因為肌動蛋白的鏈開始時被稱為乙酰基的原子簇附著期間被伴侶酶修飾。形成蛋白質的氨基酸。這種修飾稱為N末端乙酰化，可以在絕大多數人類蛋白質上發生，并被認為具有重要的生物學功能。但是，就肌動蛋白而言，這些功能尚不*清楚。
該發現還闡明了N末端乙酰化的一般生物學。實際上，這是確定以這種方式修飾的任何蛋白質的原子級結構。
這項研究的高級作者，賓夕法尼亞大學威廉·毛爾·梅塞(William Maul Measey)生理學總統教授羅伯托·多明格斯(Roberto Dominguez)博士說：“這些基本發現擴展了我們對肌動蛋白如何起作用以及N末端乙酰化如何起作用的理解。”
肌動蛋白的重要性在于以下事實：在哺乳動物細胞中，肌動蛋白是細胞質中zui豐富的蛋白質，即細胞核外的空間。著名的是形成稱為細絲的電纜狀結構，它構成了細胞的大部分支持“骨架”，并且在細胞分裂和細胞在組織中移動的能力中也起著關鍵作用。
N末端乙酰化作用可能發生在肌動蛋白上，就像80%以上的人類蛋白質一樣，似乎可以幫助調節肌動蛋白形成細絲的能力。但是，這種修飾的確切功能從未明確，科學家-由多明格斯(Dominguez)的團隊和由挪威托馬斯·阿內森(Thomas Arnesen)博士的挪威卑爾根大學(University of Bergen)的合作者團隊-發現了催化肌動蛋白N-的酶。僅在2018年發生末端乙酰化。
該酶NAA80是對人蛋白質進行N末端乙酰化的7種酶之一，但它很特殊，因為它僅對肌動蛋白起作用。在這項新研究中，Dominguez和Arnesen及其同事通過探索NAA80如何選擇性地作用于細胞中數千種其他蛋白質中的肌動蛋白來跟蹤他們對NAA80的發現。
他們的主要發現之一是，當蛋白質組裝成細絲時，NAA80不能識別肌動蛋白并使之乙酰化。當它以一個稱為單體的獨立分子存在時，它會乙酰化肌動蛋白。然而，當肌動蛋白與另一種稱為肌動蛋白的蛋白結合時，有效的N端乙酰化作用發生了變化。肌動蛋白是肌動蛋白的已知伴侶，與肌動蛋白絲的形成密切相關，并且像肌動蛋白一樣，在細胞中也非常豐富。
多明格斯說：“令我們驚訝的是，發現這種蛋白質，NAA80，似乎已經進化為識別的不是肌動蛋白，而是識別肌動蛋白-肌動蛋白復合物。”“它表明，profilin具有“伴侶”的作用，可以使肌動蛋白在長絲形成之前被N末端乙酰化。
該團隊使用X射線晶體學來構建這種三向肌動蛋白-profilin-NAA80復合物的原子級圖像。這是科學家第一次能夠通過將乙酰基添加到另一種蛋白質中來解決N-乙酰基轉移酶的原子結構。
這項成就揭示了NAA80的特殊結構如何使其能夠特異性識別并乙酰化人細胞中肌動蛋白的所有六個變體或“同工型”-即使這些肌動蛋白變體在蛋白質上的不同位點也是NAA80的位點乙酰化物。
多明格斯說：“我們在這項研究中發現的結構和功能特征也解釋了NAA80如何僅對肌動蛋白而不對其他蛋白質進行N末端乙酰化。”
這項研究代表了細胞生物學的一項基本進展，但總的來說，隨著科學家對細胞中肌動蛋白功能和動力學的更詳盡了解，他們將更好地了解許多破壞這些功能和動力學的疾病。這些包括轉移過程中的肌肉和心臟功能，組織發育以及眾多病原體和癌細胞的運動。
