Biochemical Society Transactions

Lysosomes are acidic organelles that contain hydrolytic enzymes that mediate the intracellular degradation of macromolecules. Damage of these organelles often results in lysosomal membrane permeabilization (LMP) and the release into the cytoplasm of the soluble lysosomal contents, which include proteolytic enzymes of the cathepsin family. This, in turn, activates several intracellular cascades that promote a type of regulated cell death, called lysosome-dependent cell death (LDCD). LDCD can be inhibited by pharmacological or genetic blockade of cathepsin activity, or by protecting the lysosomal membrane, thereby stabilizing the organelle. Lysosomal alterations are common in cancer cells and may increase the sensitivity of these cells to agents that promote LMP. In this review, we summarize recent findings supporting the use of LDCD as a means of killing cancer cells.

The composition of the intestinal luminal content varies considerably with diet. It is important therefore that the intestinal epithelium senses and responds to these significant changes and regulates its functions accordingly. Although it is becoming evident that the gut epithelium senses and responds to luminal nutrients, little is known about the nature of the nutrient sensing molecule and the downstream cellular events. A prototype example is the modulation in the capacity of the gut to absorb monosaccharides via the intestinal luminal membrane Na+/glucose cotransporter, SGLT1. The experimental evidence suggests that luminal sugar is sensed by a glucose sensor residing on the luminal membrane of the gut epithelium and linked to a G-protein-coupled receptor, cAMP/PKA (protein kinase A) pathway, resulting ultimately in modulation of intestinal monosaccharide absorption. Here we report the expression, at mRNA and protein levels, of members of the T1R sweet taste receptors, and the α-subunit of the G-protein gustducin, in the small intestine and the enteroendocrine cell line, STC-1. In the small intestine, there is a highly coordinated expression of sweet taste receptors and gustducin, a G-protein implicated in intracellular taste signal transduction, throughout the gut. The potential involvement of these receptors in sugar sensing in the intestine will facilitate our understanding of intestinal nutrient sensing, with implications for better nutrition and health maintenance.

The mechanisms for Fe(III) oxide reduction by Geobacter species are of interest because Geobacter species have been shown to play an important role in Fe(III) oxide reduction in a diversity of environments in which Fe(III) reduction is a geochemically significant process. Geobacter species specifically express pili during growth on Fe(III) oxide compared with growth on soluble chelated Fe(III), and mutants that cannot produce pili are unable to effectively reduce Fe(III) oxide. The pili of Geobacter sulfurreducens are electrically conductive along their length under physiologically relevant conditions and exhibit a metallic-like conductivity similar to that observed previously in synthetic organic metals. Metallic-like conductivity in a biological protein filament is a previously unrecognized mechanism for electron transport that differs significantly from the more well-known biological strategy of electron hopping/tunnelling between closely spaced redox-active proteins. The multihaem c-type cytochrome OmcS is specifically associated with pili and is necessary for Fe(III) oxide reduction. However, multiple lines of evidence, including the metallic-like conductivity of the pili and the fact that OmcS molecules are spaced too far apart for electron hopping/tunnelling, indicate that OmcS is not responsible for long-range electron conduction along the pili. The role of OmcS may be to facilitate electron transfer from the pili to Fe(III) oxide. Long-range electron transport via pili with metallic-like conductivity is a paradigm shift that has important implications not only for Fe(III) oxide reduction, but also for interspecies electron exchange in syntrophic microbial communities as well as microbe–electrode interactions and the emerging field of bioelectronics.

Một khía cạnh quan trọng của điện hóa cytochrome c là khả năng kết hợp các 'phản ứng không đồng nhất' với các enzyme redox khác. Cellobiose dehydrogenase, một glycoprotein có khối lượng phân tử 89170 Da, chứa cả FAD và một nhóm haem b loại b làm nhóm prosthetic, đóng vai trò cung cấp electron cho một số chất nhận, bao gồm cytochrome c. Trong khi nhóm haem b chủ yếu được bao quanh bởi các axit amin có tính axit, cytochrome c lại hiển thị các nhóm lysine mang điện dương xung quanh vị trí haem. Do đó, một phản ứng nhanh giữa cả hai protein là điều có thể giải thích. Trong sự hiện diện của cellobiose, một dòng điện xúc tác đã được quan sát, do sự tương tác của cellobiose dehydrogenase với cytochrome c được hấp phụ tĩnh điện. Sự hấp phụ của cytochrome c cung cấp một bề mặt mô hình công nghệ cho việc chuyển giao electron vector.

APC/C (phức hợp khuyến khích anaphase/cyclosome) là một E3 ubiquitin ligase có chức năng nhắm mục tiêu các cơ chất cụ thể để phân hủy bởi proteasome 26S. Hoạt động của APC/C phụ thuộc vào hai cofactor, cụ thể là Cdc20 (chu kỳ tế bào 20) và Cdh1, những thành phần này lựa chọn các mục tiêu thích hợp cho quá trình ubiquitination. Đã có rất nhiều nghiên cứu cho thấy rằng APC/C là một mục tiêu của SAC (kiểm soát lắp ráp thoi) trong quá trình phân bào và có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nồng độ protein của các yếu tố điều hòa chính trong phân bào và sao chép DNA. Thêm vào đó, các nghiên cứu gần đây đã gợi ý về các chức năng độc lập với chu kỳ tế bào của APC/C trong các tế bào không phân bào, đặc biệt là trong cấu trúc và chức năng thần kinh. Với những chức năng đáng chú ý của APC/C trong sự phát triển của tế bào và sinh lý thần kinh, việc điều chỉnh hoạt động của APC/C có thể đem lại những tác động tích cực trong điều trị lâm sàng.

Việc hiểu cách các tế bào xử lý và loại bỏ protein gấp nếp sai là vô cùng quan trọng vì sự gấp nếp sai và tích tụ protein dẫn đến bệnh sinh của nhiều rối loạn thoái hóa thần kinh, bao gồm bệnh PD (bệnh Parkinson) và bệnh Alzheimer. Ngoài hệ thống ubiquitin-proteasome, con đường aggresome-autophagy đã nổi lên như một hệ thống phòng thủ tế bào quan trọng khác chống lại sự tích tụ độc hại của protein gấp nếp sai. Khác với autophagy cơ bản, tiến hành việc thanh thải không chọn lọc, ồ ạt các protein gấp nếp sai cùng với các protein và bào quan tế bào bình thường, con đường aggresome-autophagy ngày càng được công nhận như một loại autophagy đặc biệt có điều kiện, tiến hành thanh thải chọn lọc các protein gấp nếp và tích tụ dưới điều kiện căng thẳng proteotoxic. Bằng chứng gần đây đã liên quan đến E3 ligase parkin liên quan đến bệnh PD như một điều tiết chính của con đường aggresome-autophagy và chỉ ra vai trò tín hiệu của polyubiquitination liên kết Lys63 trong việc điều chỉnh sự hình thành aggresome và autophagy. Bài viết tổng quan hiện tại tóm tắt kiến thức về con đường aggresome-autophagy, sự điều chỉnh của polyubiquitination liên kết Lys63 qua parkin, và sự rối loạn của nó trong các bệnh thoái hóa thần kinh.

Vi sinh vật kỵ khí siêu nhiệt Pyrococcus abyssi, không có thymidine kinase, có khả năng hấp thụ nhãn từ uracil ngoại bào, nhưng không từ thymidine, vào DNA của nó. Điều này gợi ý rằng P. abyssi phải tổng hợp dTMP (thymidylate), một tiền chất thiết yếu cho quá trình tổng hợp DNA, từ đầu. Tuy nhiên, các tìm kiếm tương đồng lặp đi lặp lại đối với ba bộ gen Pyrococcus đã hoàn thành không phát hiện ra các gen ứng cử cho enzyme thymidylate synthase ThyA, điều này cho thấy sự tồn tại của các con đường thay thế cho việc tổng hợp dTMP. Thực tế, bằng cách xác định một lớp enzyme thymidylate synthase phụ thuộc flavin mới, ThyX, chúng tôi đã chứng minh gần đây rằng có hai con đường khác nhau để tổng hợp dTMP từ đầu trong thế giới vi sinh vật. Trong khi cả thyX và thyA đều có thể được tìm thấy trong các vi sinh vật siêu nhiệt, sự phân bố hệ sinh thái của thyX giữa các vi sinh vật siêu nhiệt rộng hơn so với thyA. Trong bài đóng góp này, chúng tôi thảo luận về sự khác biệt trong các cơ chế khác nhau của việc tổng hợp dTMP, với sự nhấn mạnh đặc biệt vào các vi sinh vật siêu nhiệt.

Sự tập hợp của các protein bị sai gập thành các sợi amyloid, cũng như tầm quan trọng của bước này đối với nhiều bệnh lý, đã được biết đến nhiều. Tuy nhiên, ngày càng rõ ràng rằng sợi không phải là cấu trúc duy nhất mà các protein có sự khác nhau lớn về kiểu hình có thể có. Xung quanh điểm iso điện, khi điện tích net hầu như bằng không, các hạt nano có kích thước đồng nhất và gần như vô định hình sẽ hình thành. Các hạt này được phát hiện có chứa một số đoạn cấu trúc β-sợi có giới hạn, nhưng tổ chức tổng thể của chúng là ngẫu nhiên. Những hạt nano này có tiềm năng hữu ích cho các ứng dụng như việc giải phóng thuốc chậm. Các sợi amyloid hình thành xa điểm iso điện, nhưng trong một số khoảng nhất định, chẳng hạn như pH, các sợi không tồn tại tự do, mà hình thành các tập hợp siêu sợi gọi là spherulites. Những cấu trúc này bao gồm các sợi tỏa ra từ một nhân trung tâm và hình thành do các loài mới gắn vào đầu của các sợi đang phát triển, chứ không phải do sự tập hợp của các sợi đã tồn tại. Dưới kính hiển vi phân cực, chúng thể hiện hình dạng giống như hình chữ thập Malta do đối xứng của chúng. Tốc độ tập hợp được xác định bởi các yếu tố liên quan đến (ít nhất là) kích thước protein, nồng độ, sự hiện diện của muối và điện tích. Sự xuất hiện của spherulites, đã được phát hiện trong cả in vivo cũng như in vitro, dường như là phổ quát, mặc dù các yếu tố xác định sự cân bằng giữa sợi tự do và spherulite vẫn chưa rõ ràng.

RAF (fibrosarcoma gia tốc nhanh) Ser/Thr kinases (ARAF, BRAF, và CRAF) liên kết gia đình protein RAS (rat sarcoma) với con đường MAPK (kinase protein được kích hoạt bởi tác nhân gây tăng trưởng) và điều khiển sự tăng trưởng tế bào, phân hóa, phát triển, lão hóa và sinh ung thư. Hoạt động của chúng được điều chỉnh đặc biệt thông qua các tương tác protein-protein, các sửa đổi sau dịch mã, và sự thay đổi cấu hình trong các mẫu thời gian và không gian cụ thể qua nhiều điều tiết upstream, bao gồm các kinase, phosphatase, GTPases, và các protein khung và điều chỉnh. Việc khử phosphoryl hóa Ser-259 (theo số CRAF) và sự tách ra của 14-3-3 giải phóng các miền điều chỉnh của RAF, miền liên kết RAS và miền giàu cysteine, để tương tác với RAS-GTP và các lipid màng. Điều này dẫn đến việc phosphoryl hóa RAF tại Ser-621 và sự tái kết hợp 14-3-3, tiếp theo là sự dimer hóa của nó và cuối cùng là sự liên kết và phosphoryl hóa cơ chất. Bài tổng quan này tập trung vào việc hiểu cấu trúc cách mà các đối tác liên kết khác nhau kích hoạt một chuỗi sự kiện phân tử dẫn đến việc kích hoạt kinase RAF.