생물학이 작동하는 새로운 방식’: 신경 신호는 거울상 분자에 의해 변조될 수 있습니다.

요약: 연구원들은 해양 민달팽이에서 단일 아미노산을 채널링하면 어떤 뉴런 수용체가 활성화되어 다양한 유형의 뉴런 활동으로 이어질 수 있는지 결정할 수 있음을 발견했습니다. 이 발견은 뇌가 어떻게 다른 방식으로 세포 사이의 통신을 조절할 수 있는지를 밝혀줍니다.

원천: 네브라스카 대학교 링컨

일부 바다 민달팽이의 도움으로 네브래스카-링컨 대학의 화학자들은 생체 분자에 대한 생각할 수 있는 가장 작은 변형 중 하나가 상상할 수 있는 가장 큰 결과 중 하나인 뉴런의 활성화를 유도할 수 있다는 것을 발견했습니다.

그들의 발견은 대부분의 동물의 중추 신경계와 혈류를 채우는 뉴런을 포함하여 세포 사이에 신호를 전달할 수 있는 아미노산의 짧은 사슬인 펩타이드를 검사하는 것에서 나왔습니다.

다른 많은 분자와 마찬가지로 펩타이드의 아미노산은 동일한 연결성을 갖지만 거울상 방향인 L과 D의 두 가지 형태 중 하나를 채택할 수 있습니다.

화학자들은 종종 이 두 방향을 분자의 왼쪽과 오른쪽으로 생각합니다. L 방향은 기본값으로 간주될 정도로 펩타이드에서 가장 일반적입니다. 그러나 효소가 L을 D로 뒤집을 때 겉보기에 단순한 뒤집기가 예를 들어 잠재적인 치료 분자를 독성 분자로 바꾸거나 그 반대로 바꿀 수 있습니다.

이제 Husker 화학자 James Checco, Baba Yussif 및 Cole Blasing은 이 분자 반전에 대한 완전히 새로운 역할을 밝혔습니다. 처음으로 팀은 단일 아미노산의 방향(이 경우 바다 민달팽이 신경펩티드에서 발견된 수십 개 중 하나)이 펩티드가 한 뉴런의 수용체를 다른 뉴런에 대해 활성화할 가능성을 지시할 수 있음을 보여주었습니다.

서로 다른 유형의 수용체가 서로 다른 신경 활동을 담당하기 때문에 이번 발견은 뇌 또는 신경계가 세포 사이의 미로 같은 생명 유지 연결을 조절할 수 있는 또 다른 수단을 지적합니다.

“우리는 생물학이 작동하는 새로운 방식을 발견했습니다.”라고 Nebraska의 화학과 조교수인 Chico가 말했습니다. “그것은 펩타이드가 다른 신호 경로에 비해 하나의 신호 경로로 들어가도록 돕는 자연의 방법입니다. 이 생물학에 대해 더 많이 이해하면 향후 응용 분야에서 이를 활용할 수 있도록 도움이 될 것입니다.”

신경펩티드 신호에 대한 Checco의 관심은 박사후 연구원 시절로 거슬러 올라갑니다. 그때 그는 바다 민달팽이에서 신경 수용체를 활성화하는 D-아미노산 펩티드의 증거를 보여주는 첫 번째 연구를 발견했습니다. 이 특정 수용체는 D-아미노산을 포함할 때만 펩타이드에 반응하여 L에서 D로 플립을 켜고 끄는 스위치와 유사하게 만듭니다.

결국 Checco 자신이 그러한 두 번째 미래를 정의할 것입니다. 처음에 그의 흥미를 끌었던 것과는 달리 Checco 수용체는 모든 L 아미노산을 포함하는 펩타이드와 D가 포함된 동일한 펩타이드 모두에 반응했습니다.

그러나 수용체는 또한 전체 L 펩타이드에 더 반응하여 D 함유 대응물보다 더 작은 농도로 도입될 때 활성화됩니다.켜기/끄기 스위치 대신 Checco는 조광기와 유사한 것을 발견한 것 같습니다.

“우리는 궁금합니다. 이것이 전체 이야기입니까?” 체코가 말했다. “무슨 일이야? 수용체를 활성화하는 데 더 나쁘다면 왜 이 D 분자를 만들지?”

저널에 자세히 설명된 팀의 최신 연구 결과 국립 과학원 회보, 가설에서 영감을 얻은 대답에 대한 힌트. 연구팀은 바다 민달팽이에 D 함유 펩타이드에 민감한 다른 수용체가 있다고 생각했을 수 있으며, 만약 그렇다면 그 수용체 중 일부는 다르게 반응했을 수 있습니다.

화학 박사 과정 학생인 Youssef는 Checco가 발견한 것과 유사한 유전적 청사진을 가진 바다 민달팽이 수용체를 찾기 위해 일했습니다. 그는 결국 후보 목록을 좁혔고, 그 다음 팀은 복제하여 이전과 동일한 D 함유 펩타이드에 도입하기 전에 세포에서 발현할 수 있었습니다.

수신자 중 한 명이 응답했습니다. 그러나 원래 Checco의 거울상 성능에서 이 수용체는 L형 대응물보다 D 함유 펩티드에 훨씬 더 잘 반응했습니다.

Chico는 “매우 흥미로운 변화를 볼 수 있습니다. D가 실제로 이 새로운 수용체를 활성화하는 데 L보다 훨씬 더 강력합니다.”라고 말했습니다.

실제로 연구팀은 이 단일 아미노산의 방향이 펩타이드가 하나의 수용체 또는 다른 수용체를 활성화하도록 지시하고 있음을 깨달았습니다. 전체 L 상태에서 신경 전달 물질은 Checco 기원을 선호했습니다. 반면에 L이 D로 바뀌었을 때 대신 Joseph의 새 후보에게 갔다.

중추 신경계는 서로 다른 유형의 신경 전달 물질에 의존하여 서로 다른 신호를 서로 다른 수용체로 보내며, 그 중 가장 잘 알려진 것은 도파민과 세로토닌입니다. 많은 동물의 신호 전달이 극도로 복잡하고 미묘하다는 점을 감안할 때 Chico는 단일 신경펩티드가 보내는 신호를 미세 조정하는 똑같이 정교한 방법을 개발하는 것이 이치에 맞다고 말했습니다.

“이러한 종류의 커뮤니케이션 프로세스는 매우 구조화되어야 합니다.”라고 Chico는 말했습니다. “올바른 분자를 만들어야 합니다. 적절한 시간에 방출되어야 합니다. 올바른 위치에서 방출되어야 합니다. 사실 일정 시간 내에 분해되어야 합니다. 너무 많은 신호.”

그는 “그래서 당신은 이 모든 규정을 가지고 있고, 이제 그것은 완전히 새로운 수준입니다.”라고 말했습니다.

불행하게도 Checco와 그와 같은 사람들에게는 대부분의 실험실에서 쉽게 구할 수 있는 장치를 사용하여 자연적으로 발생하는 D-아미노산 펩타이드를 식별하기가 어렵습니다. 그는 이것이 적어도 지금까지 사람에게서 D 함유 펩티드가 발견되지 않은 이유 중 하나라고 생각합니다. 그는 또한 이것이 변할 것이라고 의심하며, 그렇게 되면 연구자들이 뇌 신호의 기능 및 질병 관련 기능 장애를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

치코는 “인간에게서 이런 종류의 변형이 있는 펩타이드를 발견할 가능성이 높다고 생각한다”고 말했다. 이것은 잠재적으로 이 특정 목표와 관련하여 새로운 치료 방법을 열어줍니다. 이러한 것들이 어떻게 작동하는지에 대해 더 많이 이해하는 것은 그곳에서 흥미로울 수 있습니다.”

한편 생화학과 화학을 복수전공한 체코, 유시프, 블라싱은 다른 질문에 답하느라 바쁘다. 우선 그들은 모든 L 대 D 함유 펩타이드(수용체를 활성화할 수 있는 동일한 잠재력을 가진 펩타이드라 할지라도)가 다른 세포 결과와 함께 다른 방식으로 해당 수용체를 활성화할 수 있는지 궁금합니다. 그리고 수용체 검색도 멈추지 않을 것입니다.

“이것은 수용체 시스템 중 하나이지만 다른 것도 있습니다.”라고 Chico는 말했습니다. “그래서 우리는 이러한 변형이 신호와 기능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 더 큰 그림을 실제로 얻기 위해 더 많은 이러한 펩타이드에 대한 새로운 수용체를 확장하고 발견하기를 원한다고 생각합니다.

“장기적으로 이 프로젝트를 진행하고 싶은 부분은 생물학 전반에 걸쳐 이 변형이 무엇을 하는지 더 나은 아이디어를 얻는 것입니다.”라고 그는 말했습니다.

요약은 다음과 같이 작성되었습니다. 채팅 인공 지능 기술

신경과학 연구 뉴스 소개

작가: 스콧 슈래그
원천: 네브라스카 대학교 링컨
의사소통: Scott Schrag – 네브래스카-링컨 대학교
그림: 이미지는 공개 도메인에 있습니다

원래 검색: 닫힌 액세스.
“본질적인 l-에서 d-아미노산 잔기의 이성체화는 별개의 신경펩티드 수용체 패밀리의 구성원 사이의 선택성을 조절합니다.James Chico 등이 작성했습니다. PNAS

요약

본질적인 l-에서 d-아미노산 잔기의 이성체화는 별개의 신경펩티드 수용체 패밀리의 구성원 사이의 선택성을 조절합니다.

신경펩티드의 아미노산 잔기의 l-에서 d-이성체화는 많은 문(phyla)에 걸쳐 동물에서 발견되는 연구되지 않은 번역 후 변형입니다. 생리학적 중요성에도 불구하고 자가 펩티드 이성질화가 수용체 인식 및 활성화에 미치는 영향에 관한 정보는 거의 없습니다. 결과적으로 생물학에서 펩티드 이성질체가 수행하는 전체 역할은 잘 이해되지 않습니다.

여기서 우리는 아플리시아 ATRP(latotropin-associated peptide) 신호 시스템은 신경펩티드 리간드에서 단일 아미노산 잔기의 l-에서 d-재조합 이성질체화를 사용하여 두 G 단백질 결합 수용체(GPCR) 사이의 선택성을 조절합니다.

우리는 먼저 위치 2에 단일 d-페닐알라닌 잔기를 운반하는 D2-ATRP 이소형에 대해 선택적인 새로운 ATRP 수용체를 확인했습니다. 다음으로 세포 기반 수용체 활성화 실험을 사용하여 알려진 ATRP 수용체의 입체 선택성을 특성화했습니다. ATRP의 내인성 부분입체이성질체 및 펩타이드 육식 포식자의 독성 상동체.

우리는 ATRP 시스템이 두 Gα를 통해 이중 신호를 표시한다는 것을 발견했습니다._에프 그리고 Gα_에스 각각의 수용체는 하나의 자연 발생 리간드 부분입체이성질체에 의해 다른 것보다 선택적으로 활성화되었습니다. 전반적으로 우리의 결과는 자연이 세포 간 통신을 조절하는 미개척 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다.

de novo 복합 혼합물에서 l-에서 d-잔기의 이성체화를 감지하고 새로운 신경펩티드에 대한 수용체를 식별하는 데 어려움이 있는 경우, 다른 신경펩티드 수용체 시스템도 이와 유사한 방식으로 수용체 선택성을 조절하기 위해 입체 화학의 변화를 사용할 가능성이 있습니다. . 여기에서 알아보세요.