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保护蛋白质体内平衡
蛋白质是由长长的线性氨基酸链合成的,这些氨基酸链必须适当地“折叠”成复杂的三维形状才能起作用。蛋白质折叠是一个微妙的过程,它很容易被活细胞经常遇到的许多遗传和环境因素所破坏。为了保持蛋白质稳态,细胞依赖于蛋白质稳态系统,这是一个广泛的网络,专门的蛋白质机器,协助折叠和处理细胞蛋白质组的其余部分。蛋白质稳态系统的一个主要组成部分是丰富的蛋白质折叠伴侣热休克蛋白90 (HSP90)(见图)。我们发现,在帮助其他蛋白质折叠和起作用的过程中,HSP90可以“缓冲”(即减轻)人类突变的有害影响,这允许伴侣改变人类疾病的进程(2017年。卡拉细胞)。HSP90通过直接与部分折叠的蛋白质结合并将其拯救免于人体细胞内的错误折叠和聚集来实现这种强大的作用。我们认为这类新的人类突变,“HSP90缓冲”。
HSP90缓冲的有益后果以在细胞环境中看似良性变化的效果条件的成本上以成本为单位。尽管HSP90在真核细胞中的高丰度,但其可用性迅速由不同的蛋白毒性压力源征税。结果,高度HSP90依赖性蛋白质,尤其是携带HSP90缓冲突变的蛋白质,在蛋白毒性条件下丧失函数。重要的是,临床相关的蛋白毒性因子,如发烧,加剧HSP90缓冲突变的严重程度,其中一些产生壮观的表型,如发烧诱导的单卵双胞胎发烧丧失和定性表型不等调。(2017年。卡拉细胞)
hsp90缓冲的特性在本质上很普遍,但通常被忽视。我们的目标是在自然人群中识别hsp90缓冲突变,并了解它们在疾病和进化中的作用。为了实现这一目标,我们采用了植根于化学生物学、生物化学、数量遗传学和功能基因组学的多学科系统方法。在一种方法中,我们利用遗传上易于处理的芽殖酵母酿酒酵母酿酒酵母作为一个发现平台,随后将我们的研究结果扩展到哺乳动物模型的重要性。
保护基因组完整性
来自原核生物学、脊椎动物免疫球蛋白多样化和肿瘤发生的令人信服的证据表明,损害基因组完整性具有适应价值。然而,突变往往会降低细胞和生物体的适应性。我们研究错乱的肿瘤细胞如何解决这一悖论,并容忍大量的有害突变,从而加速肿瘤的进化。我们关注的是基因组维持过程,如果调控不当,可能会导致过早衰老和癌症。癌症易感综合征范可尼贫血(FA)患者的FA/BRCA DNA修复通路存在缺陷。超过95%的诊断为FA的个体携带至少22个基因中的任何一个失活突变(其中,BRCA1),所有这些编码蛋白质参与DNA修复(见图)。
尽管FA的强遗传起源,具有相同突变的FA患者通常会产生不同的疾病表现。值得注意的是,细胞环境的变化可以揭示神秘的DNA修复脆弱性,这是可操作的。我们表征了DNA修复的遗传和环境蠕动,解剖了基因组维护的布线和翻译后调节,并揭示了DNA修复突变变量表达性的基本原理,提高了疾病管理的实用性。