Løsning af livets mysterier:Krystallografer identificerer 1, 000 proteinstrukturer

Den canadiske lyskilde fejrer to milepæle nået af videnskabsmænd, der har udført forskning på den nationale facilitet ved University of Saskatchewan.

Forskere har løst 1, 000 proteinstrukturer ved hjælp af data indsamlet ved CLS's CMCF -strålelinjer. Disse er blevet tilføjet til Protein Data Bank – en samling af strukturer, der er løst af forskere globalt. Forskere har også publiceret 500 videnskabelige artikler baseret på deres arbejde ved hjælp af de krystallografiske strålelinjer.

Proteiner er livets byggesten og beskrives som kroppens arbejdsheste. Kroppen er lavet af billioner af celler. Celler producerer proteiner, som gør arbejdet med at nedbryde mad, sende beskeder til andre celler, og bekæmpelse af bakterier, vira og parasitter. Opdagelserne på CLS spænder fra, hvordan malariaparasitten invaderer røde blodlegemer til, hvorfor superbugs er resistente over for visse antibiotika, og hvordan parkinproteinmutationer resulterer i nogle typer af Parkinsons sygdom. At forstå, hvordan disse og andre sådanne proteiner virker, kan potentielt redde millioner af liv.

"Hver af disse proteinstrukturer, der er blevet løst ved CLS, repræsenterer et betydeligt bidrag til den globale viden inden for biologi og biokemi, fremme sundhedsforskning, " siger administrerende direktør Rob Lamb.

"Vi er stolte over disse milepæle, og det hårde arbejde og dedikation, der lå i at nå dem. Forskere kommer fra hele Canada og fra hele verden for at bruge vores avancerede facilitet understøttet af fantastiske videnskabsmænd."

Ved hjælp af kraftigt synkrotron røntgenlys, videnskabsmænd udforsker mennesker, dyr, plante, bakteriel, virale og parasitære proteiner samt nukleinsyrer. Efter at have udsat en proteinkrystal for synkrotronlys, forskerne er i stand til at bruge informationen til at producere en 3-D model, der viser atomernes positioner. Denne strukturelle information giver detaljer om, hvordan proteiner fungerer og interagerer. Forskere bruger derefter disse oplysninger til bedre at forstå biologi, miljøprocesser, såvel som menneskers sundhed og sygdom. Tit, de bruger oplysningerne til at udvikle nye lægemidler.

"Disse strålelinjer er et enormt løft til det canadiske strukturelle biologiske samfund, "siger Miroslaw Cygler, University of Saskatchewan professor i biokemi og Canada Research Chair i Molecular Medicine Using Synchrotron Light. Han er også leder af CMCF beamline rådgivningsteamet.

"Hvert proteinkrystallografi -laboratorium i Canada fra kyst til kyst til kyst bruger denne facilitet til at lave eksperimenter. Canada er et stort land. Det er meget dyrt at rejse. Fra begyndelsen, en af ​​anlæggets missioner var at yde fjernservice. Dette er virkelig afgørende for både indflydelse og betydning for canadiere, "siger Cygler.

Jean-Philippe Julien kunne ikke være mere enig. Julien er Canada Research Chair i Strukturel Immunologi og en videnskabsmand i Molekylær Medicin ved Hospital for Sick Children Research Institute, samt en adjunkt i afdelingerne for biokemi og immunologi ved University of Toronto.

I de seneste to år har han har løst 20 proteinstrukturer ved hjælp af fjerndataindsamling. Han sender krystalprøver til Saskatoon, hvor CLS -forskere hjælper med at montere prøverne på strålelinjen, og derefter driver Juliens team udstyret fra deres laboratorium i Toronto. Structure 6B0S (crystal structure of circumsporozoite protein aTSR domain in complex with 1710 antibody) is the one-thousandth protein structure solved at the CLS and is part of Julien's research into developing a vaccine that prevents the malaria parasite from causing infections.

The World Health Organization reports that nearly half of the world's population is at risk of contracting malaria, with hundreds of thousands of children dying every year.

In collaboration with scientists in Germany, Julien's team examined B cells – a type of white blood cell – from volunteers who received a candidate malaria vaccine and were then exposed to the malaria parasite to evaluate protection in a clinical trial. By solving the protein structure of an antibody developed by one of the European volunteers in this study, Julien has learned more about how the vaccine interacted with their immune system. This provides scientists with further clues as to how to alter the vaccine to improve immunity to malaria.

"In characterizing human antibody responses to malaria antigens, it is critical to have access to a world-class synchrotron beamline within Canada, " says Julien.

"Recent upgrades to CMCF have tremendously increased the sensitivity and throughput of data collection, enabling us to solve more antigen-antibody structures informing our quest towards the design of improved malaria vaccine candidates."

Julien's research describing this latest protein structure was published this week in The Journal of Experimental Medicine .

More than 70 academic, government and industrial research groups from across Canada and the United States conduct research using the CMCF beamlines.

The number of depositions has been increasing every year and with upcoming upgrades on the beamlines, the volume of work is expected to continue to accelerate.

The 500th paper was the result of research by Cygler's laboratory at the U of S. Using crystallography as well as other techniques, the researchers have a better understanding of how iron-sulfur clusters are synthesized in the body. These clusters are key components of many proteins critical to life and defects in the formation of the clusters can cause severe neurological and metabolic diseases, often with fatal outcomes. The findings were published in Nature Communications .