Nyt proteinstudie udvider kendskabet til molekylært grundlag for sygdom

At bestemme, hvordan proteiner fungerer på et molekylært niveau, er afgørende for at forstå det underliggende grundlag for sygdom. Nu er forskere ved University of Notre Dame et skridt tættere på at opklare mysteriet om, hvordan iboende uordnede proteiner virker, ifølge ny forskning offentliggjort i Videnskab .

Proteiner er kæder af aminosyrer, der foldes ind i tredimensionelle strukturer, give dem deres form og bestemme den måde, de interagerer med andre molekyler. Mange proteiner danner stive strukturer, men iboende uordnede proteiner (IDP'er) er "diskette" og foldes ikke ind i en regelmæssig struktur. Disse uordnede proteiner er diskette, fordi deres dele interagerer lige så godt med vand som med hinanden. Op til 30 procent af alle proteiner er uordnede - og skal være uordnede for at fungere korrekt.

Forskere har kæmpet for at forstå præcist, hvordan uordnede internt fordrevne er - og hvordan de fungerer. Deres diskette strukturer gør det svært at udtrække deres nøjagtige dimensioner, gør omfanget af denne lidelse, sammen med styrkerne ved interaktionerne, uklar. Disse detaljer er afgørende for at forstå, hvordan internt fordrevne udfører deres nødvendige funktioner i celler.

"Vi har fremragende metoder til rådighed til bestemmelse af strukturer af proteiner, der foldes til en stiv struktur, men en betydelig brøkdel af alle proteiner er for fleksible til at kunne undersøges ved hjælp af disse metoder. Værre endnu, resultaterne fra to af de mest almindeligt anvendte metoder til at studere internt fordrevne er uenige med hinanden, "sagde Patricia Clark, en biofysiker ved Notre Dame og medforfatter af undersøgelsen. "Så vi udviklede en ny analyseprocedure for at hjælpe med at løse dette."

Clark, pastor John Cardinal O'Hara C.S.C. Professor i kemi og biokemi ved Notre Dame, arbejdede sammen med Tobin Sosnick, professor og formand for Institut for Biokemi og Molekylærbiologi ved University of Chicago, at udvikle en ny lille-vinkel røntgenspredning (SAXS) analysemetode, der viste, at de fleste internt fordrevne er mere uordnede end tidligere antaget. SAXS er en af ​​de to måder, forskere udtrækker dimensioner af internt fordrevne. I SAXS, proteiner placeres i stien til en røntgenstråle, spredning af røntgenstrålerne i mønstre, der indeholder information om proteinets størrelse og form.

Clark og Sosnicks nye tilgang analyserer et bredere spektrum af røntgenspredningsmønsteret end tidligere SAXS-metoder og passer disse mønstre til internt fordrevne strukturer med forskellige grader af uorden genereret af computersimuleringer.

Denne opdagelse fremmer diskussionen mellem forskere, der bruger SAXS til at studere IDP'er og dem, der bruger en anden metode, fluorescensresonans energioverførsel (FRET). Med FRET, forskere knytter molekyler kaldet fluoroforer til proteinet, derefter bestemme størrelsen og formen af ​​IDP ved at beregne afstanden mellem fluoroforer. I de seneste FRET -undersøgelser har forskere har konkluderet, at IDP -dele interagerer stærkere med hinanden end med deres omgivelser, hvilket fører til flere kollapsede strukturer.

Resultaterne kaster nyt lys over kontroversen mellem de to forskningsmetoder, Clark bemærkede. Deres SAXS -analysemetode viser, at IDP'ernes diskettestrukturer er meget tæt på, hvad man kunne forvente for en virkelig tilfældig struktur - hvilket kan hjælpe med at forhindre, at internt fordrevne ved et uheld interagerer med andre proteiner. Mange sygdomme, herunder mange former for kræft, er forårsaget af mutationer, der får et protein til at interagere forkert med sig selv eller andre proteiner, Sagde Clark. De fremskridt, der er gjort i dette arbejde, vil muliggøre detaljerede undersøgelser af foldnings- og fejlfoldningsmekanismer. De vil også hjælpe med udviklingen af ​​nye strategier til forebyggelse af proteinfejlfældningssygdomme.

"Selvom dette arbejde er et grundlæggende, grundforskning demonstration af proteinadfærd, konsekvenserne er virkelig brede, "Sagde Clark.