小小胺基酸（amino acid）大不同

 

細胞的肌動蛋白網絡。圖片來源：維基百科

我們都知道蛋白質是由21個胺基酸（amino acid）構成的，而很多遺傳疾病往往只是因為一兩個胺基酸的變異，就造成重大的影響。

例如鐮刀型貧血（sickle cell anemia）就是因為β-血紅蛋白的第六號胺基酸從麩胺酸（穀胺酸，glutamic acid）因基因突變成為纈胺酸（valine），就讓整個血紅蛋白的性質改變。

最近關於肌動蛋白（actin）的研究，也有一些有趣的發現。

研究團隊觀察兩個肌動蛋白，β-肌動蛋白和γ-肌動蛋白，這兩種蛋白質除了在N端的四個胺基酸外，序列幾乎相同。β-肌動蛋白在其N端有三個連續的天門冬胺酸（即天門冬胺酸- 天門冬胺酸-天門冬胺酸），而γ-肌動蛋白在相同位置有三個連續的麩胺酸（即麩胺酸-麩胺酸-麩胺酸）。這兩個胺基酸在分類上都屬於酸性帶負電的胺基酸，但是麩胺酸多了一個碳。

肌動蛋白是存在於所有真核細胞中的球形結構蛋白，是細胞骨架的主要成分之一，參與細胞的運動、形狀、分裂和胚胎發育等多種重要生物過程。

研究團隊發現，γ-肌動蛋白主要位於上皮細胞的頂端皮質，形成比β-肌動蛋白更為堅硬的網絡結構。β-肌動蛋白則主要組織在應力纖維中。這些差異歸因於與Mg²⁺離子的選擇性相互作用，影響了肌動蛋白絲間的N端連接。

研究團隊透過形成純異構體的重構網絡，研究了不同肌動蛋白異構體在不同長度尺度上的平衡力學和ATP驅動的結構形成。研究團隊發現單一肌動蛋白纖維的行為在很大程度上是保守的，但在形成糾結網絡時，不同異構體之間的韌性和收縮性存在顯著差異。例如，β-肌動蛋白形成的網絡較軟，而γ-肌動蛋白則形成較硬的網絡。

研究團隊集中在觀察由Mg2+離子促成的纖維間電靜力交互作用，這種交互作用可能引起蛋白質基交聯劑的作用，從而影響網絡的力學性質。例如，β-肌動蛋白在增加Mg²⁺濃度時，表現出與較高Mg2+濃度下γ-肌動蛋白網絡的堅硬程度不同，γ-肌動蛋白形成的網絡比β-肌動蛋白形成的網絡更硬。

這個研究再次告訴我們，即使是小小的胺基酸序列改變，都足以影響一個蛋白質的性質，更何況改變了三個胺基酸？

參考文獻：

Nietmann, P., Kaub, K., Suchenko, A. et al. Cytosolic actin isoforms form networks with different rheological properties that indicate specific biological function. Nat Commun 14, 7989 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43653-w