日本科学家发现了一种名为Xkr4的蛋白质是如何被钙离子激活，向免疫细胞发出清除死亡细胞的信号的。这一发现显示了钙在细胞膜中的独特作用，可以为细胞清理机制提供新的见解。
科学家们发现，细胞外钙介导了一种膜蛋白的激活，这种膜蛋白会发出细胞死亡的信号。
由日本京都大学综合细胞材料科学研究所(iCeMS)的科学家共同领导的一个研究小组发现了死亡细胞如何激活一种蛋白质的机制，这种蛋白质会触发免疫细胞清理碎片的“吃掉我”信号。研究结果最近发表在《自然通讯》杂志上。
Xkr4蛋白在细胞死亡中的作用
这种蛋白质被称为Xkr4，是在细胞膜中发现的Xkr蛋白家族的一种。Xkr4将磷脂磷脂酰丝氨酸从细胞膜的内部(通常是它所在的地方)搅乱到细胞膜的外部。磷脂酰丝氨酸迁移到细胞膜的外层是细胞死亡的信号，它吸引了吞噬碎片的吞噬细胞。
细胞外钙进入超燃酶跨膜区，触发超燃酶的激活。这暴露了细胞表面的磷脂酰丝氨酸(PS)，作为消除不需要细胞的独特标记。来源:Mindy Takamiya/京都大学iCeMS
Xkr4的激活过程
研究人员先前发现，为了作为磷脂酰丝氨酸的合成酶，Xkr4的c端细胞质尾部首先必须被切割，与另一个Xkr4形成二聚体，并暴露一个结合位点。这个结合位点随后连接到另一个叫做XRCC4的蛋白质片段。
然而，在实验环境中，XRCC4单独结合Xkr4并不足以激活Xkr4。这表明还需要另一种成分。
钙离子的作用
日本研究组发现，激活Xkr4需要钙离子。细胞外带正电的钙离子与Xkr4蛋白的两个“螺旋”上的三个带负电的氨基酸结合。这种结合将Xkr4从中间状态改变为完全激活状态。
iCeMS生物化学家Jun Suzuki解释说:“我们发现细胞外钙可以作为Xkr4跨膜螺旋的分子胶，激活它。”
钙的意外作用及未来研究
令人惊讶的是，众所周知，细胞外钙参与调节细胞内外环境中蛋白质的活动，而不是细胞膜本身。“在这里，出乎意料的是，我们发现细胞外钙渗透到蛋白质的跨膜区域，连接两个跨膜螺旋，”铃木说。
该研究还表明，钙离子可能对Xkr蛋白家族的其他成员的激活很重要，特别是Xkr8和Xkr9，这可能有助于阐明这些和其他超燃酶蛋白的功能机制。
研究小组的下一步是研究Xkr4在神经细胞中的功能，并探索它们在大脑中的作用。
参考文献:“细胞外钙作为跨膜螺旋分子胶的功能，激活超叠酶Xkr4”，作者:Panpan Zhang, Masahiro Maruoka, Ryo Suzuki, Hikaru Katani, Yu Dou, Daniel M. Packwood, Hidetaka Kosako, Motomu Tanaka和Jun Suzuki, 2024年9月11日，Nature Communications。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40934 - 2
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