Forskere observerer skiftet af Ras-protein i detaljer

Ras-proteiner er molekylære omskiftere, der bestemmer, om og hvornår celler deler sig inde i vores kroppe. En svækkelse af deres funktion kan resultere i dannelsen af ​​en tumor. Processen med at tænde og slukke proteiner er blevet observeret i detaljer af et forskerhold ledet af prof. Dr. Klaus Gerwert fra Institut for Biofysik ved Ruhr-Universität Bochum (RUB); ved hjælp af en kombination af metoder, teamet bekræftede hypotesen om, at Ras bindingspartner i sin bundne form ikke indeholder nogen hydrogenatomer i fosfatgrupperne. Den kendte Journal of Biological Chemistry har offentliggjort rapporten som sin forsidehistorie den 16. marts, 2018.

Mulige årsager til kræft

Ras -proteiner fungerer som små switches:afhængigt af om de er bundet til guanosintrifosfat (GTP) eller med guanosindiphosphat (BNP), de er enten tændt eller slukket. GTP -bindingen udløser komplekse signalveje, der fører til kernen, hvor de starter celledeling. Efterfølgende Ras -proteiner deaktiveres ved at spalte en phosphatgruppe fra det bundne guanosintrifosfatmolekyle og generere guanosindiphosphat.

Hvis denne proces hæmmes, for eksempel på grund af mutationer i Ras-proteinet, Ras forbliver i sin aktive tilstand, og den løbende deling af celler kan føre til dannelsen af ​​en tumor. "Mere end 30 procent af alle tumorer bærer en mutation af Ras -proteinet, " forklarer Dr. Daniel Mann fra forskerholdet. spaltningsreaktionen af ​​GTP i Ras er nøglen til at forstå mange typer kræft."

Hvor mange brintatomer?

For at forstå GTP -spaltningsreaktioner i Ras, forskerne har brug for et præcist billede af udgangspunktet, dvs. de skal vide, hvordan Ras-bunden GTP ser ud. Dette inkluderer spørgsmålet, om de tre fosfatgrupper i GTP-molekylet indeholder hydrogenatomer, da de fungerer som syrer og, for eksempel, bærer et hydrogenatom, når det er opløst i vand.

Imidlertid, det er for det meste ikke muligt at måle brint direkte ved hjælp af konventionelle metoder såsom røntgenkrystallografi. Der er en betydelig forskel mellem de kemiske reaktioner ved GTP-spaltning med eller uden bundet hydrogen. Det er generelt blevet antaget, at phosphatgrupperne i GTP-bundet Ras er fri for hydrogenatomer. Denne antagelse er dog ikke baseret på direkte målinger, men om fortolkningen af ​​ændringer i de målte infrarøde og nukleare magnetiske resonansspektrum.

Almindelig antagelse tvivlede

Nylige neutrondiffraktionsanalyser af den GTP-analoge GppNHp har udløst tvivl i denne universelt accepterede hypotese. I processen, Der er dukket beviser på, at GTP trods alt kan indeholde brintatomer. "Dette har udfordret alle forestillinger om GTP -spaltning til dato, " siger adjunkt Dr. Carsten Kötting.

3D-film med subatomær opløsning

RUB-forskerne har udført yderligere målinger, for at registrere både de infrarøde spektre af GppNHp, der er indsat i neutrondiffraktion, og spektrene af det naturlige GTP i Ras. Dermed, det var muligt at foretage en direkte sammenligning med neutrondiffraktion, samt en sammenligning med et miljø, der ligner den menneskelige celles. "De målte infrarøde data gør os i stand til at afkode molekylære reaktioner ved den højeste tidsmæssige og rumlige opløsning, " uddyber Klaus Gerwert. "Men, informationen er kodet i infrarøde spektre og er derfor svære at fortolke."

RUB-forskerne implementerer en proces til afkodning, der letter beregningen af ​​eksperimentelle data såsom infrarøde spektre og nukleare spin-spektre indsamlet gennem koblede kvantemekanik/molekylær mekanik-simuleringer. "Hvis de beregnede spektre svarer til spektrene målt i eksperimenter, vi kan oversætte de tal, vi målte i eksperimenter, til tredimensionelle film, " siger Daniel Mann.

Hypotese bekræftet

Filmene har en opløsning, der er mindre end en tiendedel af atomdiameteren. "Disse præcise resultater har gjort det muligt for os endelig at bestemme den nøjagtige protonationstilstand for GTP bundet til Ras -proteiner:GTP -fosfatgrupperne bærer faktisk ingen hydrogenatomer, " slutter Klaus Gerwert.