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【科普帖】多肽的种类与生物学功能

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    发表于 2019.3.18 09:22:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
    多肽(polypeptides)是α-氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物,是蛋白质水解的中间产物,通常由10~100个氨基酸分子脱水缩合而成,分子量低于10,000Da(Dalton,道尔顿)。

    多肽的种类

    多肽有生物活性肽和人工合成多肽两种。今天我们主要来聊聊生物体内各种各样的活性肽。

    与大分子量蛋白质类似,低分子量的生物活性肽也广泛参与了机体大部分生理过程的调控。根据功能的不同,生物活性肽主要包括以下几类:
    抗菌活性肽:当昆虫受到外界环境刺激时产生大量的具有抗菌活性的阳离子多肽。目前已筛选出百余种抗菌肽,体内外实验证实,多个抗菌肽不仅有很强的杀菌能力还能杀死肿瘤细胞。

    例如,从蚕体内筛选的抗菌肽D表现了很好的应用前景,并能利用基因工程技术生产。蛇毒内也存在多种活性多肽,从蛇毒内分离出一个13个氨基酸(INKAIAALAKKLL)小肽,其对G+及G-菌均有杀菌能力。

    药用多肽:
    很多植物中药的有效成分是小分子多肽,比如我国科学家从大豆内加工分离出的活性多肽,可通过小肠直接吸收,能防治血栓,高血压和高血脂,还能延缓衰老,提高肌体抗肿瘤能力。从人参、茶叶、银杏叶等植物内也分离出很多用于心血管疾病的小肽。

    免疫活性肽:一类存在于生物体内具有免疫功能的多肽。这种多肽在体内一般含量较低,结构多样,是一种细胞信号传导物质,通过内分泌、旁分泌、神经分泌等多种作用方式行使生物学功能。如来源于微生物的胞壁酰二肽、环孢素A等;来源于动物的胎盘免疫调节因子等。

    神经活性肽:动物体内的激素和神经递质,如内啡肽、脑啡肽、生长激素抑制因子、促甲状腺激素释放激素等。 如果根据产生机制来分,那么生物活性肽可以分为经典的生物活性肽和非经典的生物活性肽:

    经典的生物活性肽(Classical bio-active peptides, CBAPs):是由前体蛋白水解而来,储存于细胞中的分泌囊泡中,可分泌到细胞外行使生物学功能(图1a)。如生物体内的激素,是由激素原水解而来的多肽。
    非经典的生物活性肽(non-classical bio-active peptides, NCBAPs):最近几年,这一类多肽吸引了越来越多科学家的关注。这些NCBAPs不是分泌蛋白,而是由短开放阅读框(short open reading frame, sORF)翻译而来的,位于细胞质中,参与了细胞内的多种生物过程,包括转录调控、钙离子运输、DNA修复等(图1b)。


    图1 多肽产生的两种途径

    小知识:短开放阅读框(short open reading frame, sORF)

    一般的基因组注释流程只关注长度大于100个氨基酸的蛋白,对应的基因开放阅读框一般大于300nt,这些ORF是基因主要的蛋白编码ORF(mORF)。
    而sORF则是长度小于300nt的ORF,一般位于非编码序列上(包括lncRNA、circRNA、编码基因的5’UTR等)。近年来已有越来越多的报道证明这些sORF可以编码具体多种生物学功能的多肽。

    SEPs的生物学功能

    这些sORF编码的多肽(sORF encoded polypeptides, SEPs)在生物体内参与了多种生物学过程,已在细菌、酵母、果蝇、小鼠、人细胞等各个物种中发现具有多种多样的生物学功能。甚至有文献报道短至由11个氨基酸组成的多肽在细胞内也有着具体的分子功能[2]。下面具体举例: 在大肠杆菌中,由SgrS mRNA的一个sORF编码的SgrT,一个43-aa的SEP,可以在葡萄糖毒性条件下保护细胞(图2)[1]。 果蝇tal/pri基因上有三个编码11-aa长SEP的sORF,以及一个编码32-aa长SEP的sORF。该基因突变可以导致果蝇四肢截断,而异源表达该11-aa长SEP则可恢复表型,说明该表型是由这个SEP调控的(图3)[2]。


    图2 大肠杆菌sORF编码的多肽具有生物学功能


    图3 果蝇中sORF的生物学功能

    小鼠中一个由lncRNA编码的46个氨基酸的小肽Myoregulin,可以调控肌浆网中的钙离子转运,从而调控肌肉的运动能力(图4)[3]。


    图4 小鼠中多肽Myoregulin调控肌肉运动能力。

    人线粒体16S RNA上的一个75bp的sORF编码了一个24-aa多肽humanin,该功能多肽通过抑制促凋亡蛋白BAX从而保护细胞逃过β-amyloid介导的细胞凋亡[4]。
    人长非编码RNA——LINC-PINT环化形成的circ-PINT可翻译成一个87-aa的多肽,该功能多肽可以抑制脑胶质瘤的发展[5](基迪奥客户文章,具体解读请戳“基迪奥客户合作文章 | 翻译组测序揭示经典lncRNA形成环状RNA后可翻译功能多肽”)。 下表是对上述例子进行的汇总表。还有更多已报道功能的SEPs,大家感兴趣的话可以自行上Pubmed搜索,肯定是一搜一大把。



    既然sORF编码的多肽SEPs在逆境胁迫、生长发育、细胞生理、肿瘤发生发展等多个方面都有重要功能,那么该如何对这些SEPs进行研究呢?研究思路和研究手段分别是怎么样的?我们下期再跟大家分享。今天的内容就先到这里啦!

    参考文献:
    [1] Wadler, C.S. & Vanderpool, C.K. Adual function for a bacterial small RNA: SgrS performs base pairing-dependentregulation and encodes a functional polypeptide. Proc. Natl. Acad. Sci. USA104, 20454–20459 (2007).[2] Kondo T , Hashimoto Y , Kato K , et al.Small peptide regulators of actin-based cell morphogenesis encoded by apolycistronic mRNA[J]. NATURE CELL BIOLOGY, 2007, 9(6):660-665.[3] Anderson D M , Anderson K M , Chang C L, et al. A micropeptide encoded by a putative long noncoding RNA regulatesmuscle performance.[J]. Cell, 2015, 160(4):595-606.[4] Guo, B. et al. Humanin peptidesuppresses apoptosis by interfering with Bax activation. Nature 423, 456–461(2003).[5] Zhang M , Zhao K , Xu X , et al. Apeptide encoded by circular form of LINC-PINT suppresses oncogenictranscriptional elongation in glioblastoma[J]. Nature Communications, 2018,9(1).


    本文作者:基迪奥小师妹

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    发表于 2019.3.18 09:53:06 | 显示全部楼层
    很优秀的呀
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    过来长知识了
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    这个系列后续会更新,欢迎关注
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