Protein kamæleon farver langtidshukommelsen

Et kamæleonlignende protein i neuroner kan ændre mening, og i processen ændre vores hjerner.

Forskere ved Rice University og University of Texas Health Science Center i Houston (UTHealth) afslørede nye spor i proteinet CPEB3 som en del af deres ihærdige stræben efter den mekanisme, der tillader mennesker at have langtidsminder.

Undersøgelsen af ​​Rice teoretiske biofysiker Peter Wolynes og Neal Waxham, en neurobiolog ved UTHealth's McGovern Medical School, giver indsigt i en positiv feedback-løkke mellem dannelse af aktin-rygraden, der giver dendritiske rygsøjler deres form og fleksibilitet, og de aktin-bindende domæner i CPEB3, en funktionel prion, der binder RNA, som også danner langlivede aggregater, der faktisk kan lagre de ting, som minder er lavet af.

Proteinfoldningsmodeller af Wolynes og hans gruppe ved Rice's Center for Theoretical Biological Physics (CTBP) og eksperimenter ved UTHealth viste hidtil ukendte strukturelle detaljer for CPEB3 og hvordan det binder til actin, som rapporteret i Proceedings of the National Academy of Sciences papir.

I processen, de undersøgte også nøglerollen af ​​et protein kendt som SUMO, en regulator, der binder til og løsnes fra andre proteiner i celler for at modificere deres funktioner. Forskerne formoder, at det hjælper med at regulere, hvornår og hvordan CPEB3s kamæleonlignende ender (N-terminalen og C-terminalen) binder til enten SUMO eller den fleksible, filamentøse actin (f-actin) rygsøjler i dendritiske pigge.

CPEB3-proteiner er opløselige, når de er knyttet til SUMO, som også begraver deres aktinbindingssteder. Men under synaptisk aktivitet, de kan "deSUMOyleres" og blive tilgængelige til at binde med de hydrofobe bindingslommer langs f-actin filamenter.

Modellerne viser, at når de tiltrækkes af aktin, CPEB3 går fra en oprullet spiral af spiraler til en beta-arkstruktur, der "zipper" ind i en hårnålekonfiguration, der gør det muligt for det at aggregere med andre CPEB3-proteiner.

Ved sammenlægning, CPEB3 ser ud til at oversætte sine målbudbringer-RNA'er, som omfatter actin mRNA, der styrker de synaptiske forbindelser, der er afgørende for hukommelsen, fuldende den positive løkke.

"Dette er et mere ambitiøst projekt end actin-CaM kinasestudiet, hvor vi også simulerede et virkelig enormt aktinsystem med et virkelig enormt protein, " sagde Wolynes. I den undersøgelse, udgivet for et år siden, CTBP-forskere modellerede, hvordan et centralt protein (CaMKII) holder parallelle actinfilamenter sammen, en tilstand, der kunne visualiseres i et elektronmikroskop af Waxhams laboratorium.

Nu definerer forskerne de strukturelle detaljer, der gør det muligt for CPEB3 at binde sig til enten actin eller SUMO, men ikke begge dele. "Et af hovedaspekterne af dette papir er at forene de to ret forskellige dele af historien, " sagde han. "Vi tror, ​​at CPEB-terminalerne er kamæleonlignende, fordi de lader molekylet vælge, om det vil interagere med SUMO'en eller med aktinet.

"Vi er ikke til slutningen af ​​historien endnu, " sagde Wolynes. "Men de seneste resultater sætter os et rimeligt sted at sige mere om mekanismen."