Kryo-elektronmikroskopi karakteriserer integriner

Et samarbejde mellem tre laboratorier ved UC San Francisco har resulteret i et hidtil uset blik på et medlem af en vital og allestedsnærværende klasse af proteiner kaldet integriner (udtales "INT-uh-grins"). Integriner er forbundet med fibrose, ardannelse og stivhed af væv, der er forbundet med næsten halvdelen af ​​alle dødsfald i udviklede lande, og alligevel havde forskere ingen struktur med høj opløsning af proteinerne i deres aktive tilstand. Nu, en kombination af udholdenhed, teknologiske præstationer og indsigt har fastgjort et undvigende bevægeligt mål.

Ældre teknikker som røntgenkrystallografi kræver, at forskere gennemgår besværlige processer for at pakke proteiner i krystaller, før de kan lave billeder for at bestemme et proteins struktur. Denne metode fungerer bedst på stationær, stiv, og symmetriske proteiner:det modsatte af integriner, som er ret fleksible i deres aktive form, sagde Stephen Nishimura, MD, en af ​​avisens seniorforfattere og professor i patologi ved UCSF.

Integriner er indlejret på overflader af alle dyreceller, forbinder hver celle med sine omgivelser og giver den mulighed for at kommunikere og reagere på ydre kræfter. For at møde sine mål, det nye arbejde antyder for første gang, at et aktivt integrin bøjer og svajer i et fleksibelt midtpunkt "som en solsikke, der søger solen, "sagde Nishimura.

For at udforske en integrins struktur, holdet brugte kryo-elektronmikroskopi, en teknik, der for nylig har nydt godt af store fremskridt inden for hardware og software på UCSF. Melody Campbell, Ph.d., arbejdet på at visualisere én type integrinprotein ned til atomær præcision. Hun fotograferede og analyserede de rensede og frosne proteiner i Yifan Chengs laboratorium, Ph.D., en professor i biokemi og biofysik ved UCSF og den anden seniorforfatter af undersøgelsen.

Men visualisering af proteinet var kun en del af indsatsen. Holdets nye papir i Naturens strukturelle og molekylære biologi omfatter Campbells arbejde, genetisk manipulation fra Saburo Ito, Ph.D., og proteinteknik, oprensning og ekspertise fra Anthony Cormier, Ph.d. Når proteinet var visualiseret, forskerne validerede deres strukturelle model ved at genetisk manipulere et relateret integrin, der reagerede på biokemiske signaler nøjagtigt som teamets model forudsagde, tyder på, at deres resultater udvides til mange, hvis ikke alle, integriner.

Med antistofingeniørpionerer Jim Marks, MD, Ph.D., og Jianlong Lou, Ph.d., både i Anæstesiafdelingen ved UCSF, forfatterne har allerede udviklet flere lovende terapeutiske antistoffer, ved hjælp af den nye struktur som skabelon. Nogle virksomheder arbejder allerede med disse antistoffer for at udvikle behandlinger for tilstande som kræft og fibrose. Men for Nishimura, der har arbejdet med integriner i mere end to årtier, den detaljerede model er også personligt tilfredsstillende:"Det er som at søge en gammel ærnemese, og endelig fryse ham i sine spor. "