Fryseramme:Forskere løser, hvordan celler folder proteiner ud

En glad celle er en balanceret celle, men for hvert fantastisk snoet protein, det skaber, den skal rive de gamle i stykker. Det betyder at udrede en indviklet kringlelignende masse til genbrug. Cdc48 spiller en afgørende rolle i at optrevle de brugte proteiner.

"Cdc48 er cellens schweiziske hærkniv og kan interagere med så mange forskellige substrater, sagde Peter Shen, Ph.D., assisterende professor i biokemi ved University of Utah Health og seniorforfatter på papiret. "Indtil nu havde vi ikke en forståelse af præcis, hvordan det fungerer."

Shen førte et multi-institutionelt team af forskere til at identificere nøglestrukturer af Cdc48 for at visualisere dets bølger, når det udfolder proteiner. Resultaterne er tilgængelige online i 27. juni-udgaven af Videnskab .

"Vi satte os for at gøre dette, fordi vi bekymrer os om, hvordan molekylære maskiner fungerer, " sagde Shen. "Vi besluttede at skærpe ind på Cdc48 på grund af klinisk relevans."

Årevis, forskere har vidst, at en enkeltpunktsmutation i Cdc48 kan kaskade ind i alvorlige sygdomme, herunder amyotrofisk lateral sklerose (ALS) og Charcot-Marie-Tooth sygdom type 2Y.

"Human Cdc48 er forbundet med flere sygdomme og er målet for indsatsen for at udvikle terapeutiske midler til behandling af kræftformer, " sagde Christopher Hill, DPhil., fremtrædende professor i biokemi ved U of U Health og medkorresponderende forfatter på undersøgelsen. "Den struktur, som vi har bestemt, kan bruges til at fremme indsatsen for at udvikle mere effektive inhibitorer og terapeutiske midler."

I undersøgelsen, forskerholdet rensede Cdc48 direkte fra gærceller (Saccharomyces cerevisiae) og tog snapshots af de oprensede partikler i forskellige konfigurationer, efter at det var blevet flashfrosset ved hjælp af kryogen elektronmikroskopi (cryo-EM).

"Cellerne gør allerede det hårde arbejde for os ved at lave disse komplekser, " sagde Shen. "Fordi denne metode er så hurtig, vi har fanget Cdc48 i færd med at udfolde et proteinsubstrat."

Ved at bruge denne tilgang, forskerholdet demonstrerede, hvordan Cdc48 folder proteinet ud ved at føre det gennem en central pore i komplekset, ved hjælp af en hånd-over-hånd transportør-lignende bevægelse. Det genbrugte virvar, de afbildede, var et mysterium, indtil samarbejdspartnere ved Brigham Young University anvendte massespektrometri-proteomik på det samme høstede kompleks for at afsløre det anonyme proteinan-inaktive proteinphosphatase 1-kompleks.

Shen mener, at disse resultater gælder for menneskelige celler, fordi Cdc48 er meget konserveret.

"Vi tror, ​​at den struktur, vi har løst her, vil ligne det, vores kroppe udtrykker lige nu, " han sagde.

Forskerholdet var ikke i stand til at visualisere hele komplekset, fordi Cdc48 interagerer med flere bindingspartnere næsten samtidigt. Denne effektive multitasking slører rekonstruktionen; imidlertid, Shen ønsker at fortsætte med at udforske, hvordan Cdc48 formår at binde sig til så mange partnere på nogenlunde samme tid.

"Den fedeste del er, at dette [arbejde] viser, at vi kan tage et protein direkte ud af værtsceller og afbilde dem i deres oprindelige tilstand, " sagde Shen. "Jeg tror, ​​det er fremtiden for kryo-EM-feltet."