Röntgen-und Elektronen-Mikroskopie-Techniken helfen, entfalten die Geschichte von protein-chaperonen.
Eine Kombination aus röntgenkristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM), unterstützt in einer gemeinsamen Anstrengung, um die höchste Auflösung Struktur des Pilz-proteins Hsp104, die dienen können, zu verhindern die Bildung von bestimmten degenerativen Erkrankungen. Das team, dessen Mitglieder waren Forscher aus dem US Department of Energy ‚ s (DOE) Argonne National Laboratory, die auch überprüft werden, eine spiralige Struktur, die für das protein-hexamers gebildet, einmal angenommen, dass flach. Die Ergebnisse wurden online veröffentlicht in der Dez. 27, 2018 Problem der Struktur.
Hsp104 ist ein hexameric AAA-protein, bekannt als ein Chaperon, das dabei hilft, die Natürliche faltungsprozesse von Proteinen, die für die ordnungsgemäße Zellfunktion. Noch wichtiger ist, vielleicht, diese Klasse von hexamers reparieren können fehlgefaltete oder aggregierte Proteine kann dazu führen, dass protein-verursacht Veränderungen, wie neurodegeneration.
Varianten dieser chaperone sind Häufig unter den vielzelligen Organismen, aber Hsp104 hat kein homologes zwischen Menschen und anderen Tieren. Es ist zwar robuster als menschlichen Ursprungs, die chaperone, die nicht unter zellulärem stress, Hsp104 wurde beobachtet, Falten menschlichen Proteinen.
„Wir haben einige Experimente, in denen wir exprimiert menschliche Proteine in Hefe, was macht die Hefe krank, weil Sie aggregieren. Aber wenn Sie Ausdrücken, Hsp104, das aus dem Pilz Calcarisporiella thermophila, es schützt die Hefe aus dieser aggregation Krankheit,“, sagte Argonne Unterschieden FellowAndrzej Joachimiak.
Joachimiak arbeitete mit einem team bestehend Forscher von Argonne, University of Chicago, der Stanford University und der University of Pennsylvania zu gewinnen ein besseres Verständnis von Hsp104 Struktur und Funktion.
Das team wandte sich an Argonne Advanced Photon Source, ein DOE Office of Science Benutzer Anlage, Sonden für die protein-Struktur mittels Röntgen-Kristallographie. Sie untersuchten 30 verschiedene Proben, darunter 14 Hsp104 chaperone aus verschiedenen Quellen. Bei diesem Verfahren wird die einkristalline war eingetaucht in flüssigem Stickstoff unterzogen harte X-Strahlen aus, die Beugungsmuster wurden gesammelt und die Struktur rekonstruiert. Nur das protein aus der Calcarisporiella Pilz gebeugt, um eine hohe Auflösung, bemerkte Joachimiak.
Zum besseren Verständnis der protein-Struktur-Beziehung innerhalb einer lebenden Zelle, die Sie als Nächstes eine Untersuchung des proteins in Lösung. Die Proben wurden bereits mit Hilfe der Elektronen-Mikroskopie an der Universität von Chicago und an der Stanford University, wo cryo-Elektronen-Mikroskope gesammelt, die hochauflösende molekulare Daten erforderlich, um festzustellen, Struktur durch komplexe Berechnung. Wie bei der crystal-Untersuchung, die Calcarisporiella Probe der besten Auflösung.
Nun bewaffnet mit der höchsten Auflösung von Hsp104 sowohl in kristalliner form und in Lösung, das team war in der Lage, bisher unbekannte oder unsichere Bestimmungen über die Eigenschaften und das Verhalten des proteins.
Vor die Entdeckung des Teams, Biologen glaubten, dass Hsp104 unterstützt fünf Domänen, unabhängige Abschnitte des proteins, die dazu dienen bestimmte Funktionen. Aber der neue high-fidelity-Strukturen, die nicht nur zeigte, vier Domänen, aber ein klareres Bild davon, wie Sie zueinander stehen.
Die N-Terminale Domäne, zum Beispiel, wird angenommen, dass eine Bindung zu einem fehlgefalteten protein und helfen, Sie zu entfalten, in eine lineare form. Dadurch kann es passieren, durch einen schmalen zentralen Kanal in der hexamer erstellt von zwei AAA (Atpasen Verbunden mit unterschiedlichen zellulären Aktivitäten) – Domänen. Das protein wird geführt, oder umgesiedelte, durch diesen Kanal zu der anderen Seite des hexamer, wo es jetzt eine neue Möglichkeit, sich korrekt zu Falten.
„Menschen, die zuvor behauptet, dass eine andere, die C-Terminale Domäne, war essentiell für die Bildung des hexamer, aber wir haben gezeigt, dass das nicht wahr ist“, sagte Joachimiak. ?“Es interagiert nicht mit anderen Untereinheiten, kann aber arbeiten wie ein docking-Bereich für andere chaperone, um zu helfen wieder zusammenklappen Proteine.“
Ein weiterer Schlüssel finden, half flip einen lang gehegten überzeugung, dass Hsp104 – hexamers wurden flach. Beide Methoden der Untersuchung bewies eindeutig, dass Sie Stirnrad, hilft Forscher verstehen, wie das Chaperon bildet die ?“Reparatur“ – Kanal.
Das team plant, auch weiterhin die Erforschung der vielfältigen chaperone, die es außerhalb des menschlichen Genoms. Sie glauben, dass diese chaperone dienen können, als eine therapeutische Strategie mit dem Potenzial, um buchstäblich zu entwirren Proteine kann dazu führen, dass schweren Erkrankung.
„Es ist möglich, dass es andere chaperone gibt, die besser sind als unsere, und dass Sie in der Lage sein zu behandeln Proteine, die insgesamt in das Gehirn und verursachen Krankheiten,“ sagte Joachimiak. ?“Das wäre wirklich fantastisch.“
Das Papier, „Struktur der Calcarisporiella thermophila Hsp104 disaggregase, dass antagonisiert verschiedene proteotoxic fehlfaltung Ereignisse“ erscheint in der Dezember-27 online-Ausgabe der Zeitschrift Struktur. Neben Joachimiak, Argonne-Forscher Karolina Michalska haben zu dieser Studie beigetragen.