Forskere designer ny proteinstruktur

Denne forskning vil hjælpe med at designe små proteiner og små molekyler, der kan danne grundlag for fremtidens bioteknologier og medicin.

Et team af kemikere og biokemikere fra Bristol BioDesign Institute har designet en ny proteinstruktur.

Dette er meget enklere end de fleste naturligt forekommende proteiner, hvilket har gjort det muligt for forskerne at fjerne nogle af de molekylære kræfter, der samler og stabiliserer proteinstrukturer. Værket er publiceret i tidsskriftet Naturens kemiske biologi .

Proteiner er biologiens arbejdsheste. For eksempel, de hjælper med at omdanne lysenergi til sukker i planter, transportere ilt fra vores lunger til vores muskler, og kombiner sukker og ilt for at frigive energi for at få musklerne til at arbejde. For at udføre disse opgaver, proteiner skal vedtage specifikke 3D-strukturer, kaldet proteinfoldninger.

I kemisk henseende, proteiner er polymerer, eller strenge af aminosyrer, meget som perlerne i en halskæde. Der er 20 forskellige kemier af aminosyrebyggestenene. Det er kombinationen af ​​disse langs proteinstrengen, der bestemmer, hvordan et protein foldes sammen til sin funktionelle 3D-form. På trods af årtiers indsats, videnskabsmænd forstår stadig ikke, hvordan biologi opnår denne proteinfoldningsproces, eller, en gang foldet, hvordan proteinstrukturer stabiliseres.

For at løse dette problem, Bristol-teamet har kombineret to typer proteinstruktur - kaldet en ? helix og en polyprolin II helix - for at lave en strippet ned, eller forenklet protein kaldet et miniprotein.

Dette er grundlæggende videnskab med det simple formål at se, hvor lille en stabil proteinstruktur kan være. Det er vigtigt, da naturlige proteiner normalt er meget store og besværlige strukturer, som i øjeblikket er for komplicerede for kemikere og biokemikere at dissekere og forstå. I miniproteinet, som holdet kalder 'PP?', de to spiraler vikler sig om hinanden, og deres aminosyrer er i tæt kontakt i det, der kaldes 'knobs-in-to-holes' interaktioner. Dette var forventet, faktisk holdet designet PP? fra bunden baseret på deres forståelse af disse interaktioner.

Dr. Emily Baker, der ledede forskningen i professor Dek Woolfsons laboratorium, besluttede at ændre nogle af aminosyrerne i disse knop-ind-i-hullers interaktioner til ikke-naturlige aminosyrer, som den moderne proteinkemi's vidundere tillader.

Ved at gøre dette, Emily opdagede, at såvel som de forventede kræfter, der holder proteiner sammen, kendt som hydrofobe interaktioner, andre mere subtile kræfter var på spil i stabiliseringen af ​​miniproteinstrukturen.

Kemikere kender disse små kræfter som CH-? interaktioner, og de findes i hele den kemiske verden. Da Drs Gail Bartlett og Kieran Hudson, også fra Bristol-holdet, søgte de tusindvis af tilgængelige naturlige proteinstrukturer, fandt de mange eksempler på disse CH-? interaktioner.

I øvrigt, de proteiner, de forekommer i, spiller roller i forskellige biologiske processer, hvoraf mange er forbundet med sygdom. Dette præsenterer potentielle mål for nye lægemidler, og CH-? interaktioner kan give en værdifuld ny vej til at udvikle disse. Dr. Baker forklarede:"Vores arbejde har ikke kun konsekvenser for forståelsen af ​​den grundlæggende videnskab om proteinfoldning og stabilitet, men også for at vejlede design og konstruktion af nye proteiner og lægemiddelmolekyler."

Professor Woolfson tilføjede:"Det er præcis, hvad det nye Bristol BioDesign Institute handler om. Vi sigter efter at levere den allerbedste grundvidenskab. På denne måde, vi vil åbne uforudsete veje til at omsætte grundlæggende videnskab til bioteknologi og biomedicinske anvendelser."