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印度科學理工學院研究員發現膽固醇助長細菌毒素殺死細胞

膽固醇將毒素蛋白穩定結合在細胞膜上

  班加羅爾印度科學理工研究所(IISc)的研究人員發現了存在細胞膜上的膽固醇扮演連結毒素溶細胞素A的重要角色。成孔毒素是細菌蛋白的最大宗,具有殺害人類細胞的毒性。這種溶細胞素A主要是由大腸桿菌(E. coli)、志賀桿菌(Shigella)和沙門氏菌(Salmonella)分泌。

  大腸桿菌分泌的是能與細胞膜結合的水溶性毒素。實際上,這些黏合點在含有膽固醇存在的細胞膜上,水溶性毒素與細胞膜的結合不需要藉著細胞膜上的膽固醇。印度科學裡工研究所化學工程系的Rahul Roy博士說:「黏合只是孔洞形成過程的一部分,不需要膽固醇。」

毒素運動

  只要毒素與細胞膜結合,它就不會固定在一個地方。相反地,它會在細胞膜表面一直移動。使用功能很強的顯微鏡,顯像出螢光標記的單分子,研究人員可實際可看到毒素蛋白在四處移動。這與一般粒子不規則移動的布朗運動不同,這些蛋白幾乎都是處於快速移動,在加速和再次快速移動之前減速。即使沒有膽固醇存在,也會發生這種情況。能夠穿刺細胞膜的結構被認為可以減緩蛋白質的運動。 因此,這表示結合蛋白的結構跟水溶性蛋白很像,並且跟穿刺細胞膜的結構不一樣。

膽固醇交互作用

  膽固醇存在的情形下,蛋白質會很快地停止移動。 Roy博士說:「利用分子動力學模擬,我們發現膽固醇與蛋白質如同我們所想的一樣進行交互作用。這種交互作用與蛋白質上形成孔洞的區域有關。與膽固醇結合,並不能阻止蛋白質的運動,一旦結合膽固醇,蛋白質的結構會改變於是造成運動漸緩。即使缺乏膽固醇的情況下,由於蛋白質結構的變化,也會發生運動速度變化。 但是缺乏膽固醇的情況下,蛋白質無法形成成孔的結構。

  本篇刊登在美國國家科學院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)的主要作者來自印度科學理工研究所生物科學工程中心表示,「膽固醇存在下,毒素的結構很穩定,這對於孔洞形成是相當重要的。細菌針對人或動物細胞使用毒素的一種聰明的策略,而且細菌本身不會有毒性,因為細胞膜缺乏膽固醇。」

  為了能破壞細胞膜,與膽固醇結合的蛋白質會集中在一起形成12個分子的環狀結構。膽固醇存在下,分子聚集環狀結構的形成也得到增強。
Roy博士說:「從電腦模擬顯示,當兩個成孔蛋白分子聚在一起,會形成一個小袋口,在那裡膽固醇與蛋白質交互作用。膽固醇也提供了將兩個分子集中的支柱功能。」

  其他研究小組的研究結果,小老鼠使用溶細胞素A毒素,能夠減少癌細胞。Roy博士說;「根據我們所做的研究,可以針對癌細胞來使用毒素。並且還可以使用像膽固醇的分子來防止毒素蛋白改變結構,以防止細胞遭到破壞。

更新日期 : 2018/09/18