Forskere undersøger signaloverførsel i proteiner på tværs af flere tidsskalaer

Overvej et øjeblik et træ, der svajer i vinden. Hvor lang tid tager det, før en kvists bevægelse når træets stamme? Hvordan overføres denne bevægelse egentlig gennem træet? Forskere ved universitetet i Freiburg overfører denne slags spørgsmål til analysen af ​​proteiner - som er cellens molekylære maskineri.

Et team af forskere ledet af prof. Dr. Thorsten Hugel fra Institute of Physical Chemistry, og Dr. Steffen Wolf og prof. Dr. Gerhard Stock fra Institut for Fysik undersøger, hvordan de signaler, der forårsager strukturelle ændringer i proteiner, flytter fra et sted til et andet. De forsøger også at bestemme, hvor hurtigt disse mekanismer finder sted. Indtil nu, forskere har ikke været i stand til at analysere den præcise signaloverførselshastighed, fordi det involverer mange tidsskalaer - lige fra nanosekunder til sekunder. Forskerne i Freiburg, imidlertid, har nu opnået en sådan løsning ved at kombinere forskellige eksperimenter, simuleringer, og teoretiske studier. De offentliggør deres resultater i det videnskabelige tidsskrift Kemisk videnskab .

I modsætning til træer, bevægelserne for proteinet analyseret i undersøgelsen, Hsp90, udfolde sig på logaritmiske tidsskalaer. Hver stor bevægelse tager omkring ti gange så lang tid som den lille, individuelle bevægelser, der udgør den større. Wolf forklarer, "For eksempel, en kvist bevæger sig på en tidsskala på sekunder; grenen med ti sekunder; og bagagerummet med 100 sekunder. "Ved hjælp af en kombination af state-of-the-art eksperimentelle og teoretiske metoder gjorde forskerne i stand til at overvåge allosterisk kommunikation, med andre ord, for at vise, hvordan en reaktionsproces i Hsp90 ændrede et fjernt proteinbindingssted. Ifølge Stock, teamet opdagede det hierarki af dynamik, som denne allosteriske proces udfolder sig på, som inkluderer nanosekund til millisekund tidsskalaer og længdeskalaer fra picometre til flere nanometer.

Hvad er mere, reaktionsprocessen i Hsp90 er koblet med en strukturel ændring i den enkelte aminosyre Arg380. Arg380 overfører derefter strukturel information til et underdomæne i proteinet, og i sidste ende, sender det videre til proteinet som helhed. Den resulterende ændring i struktur lukker et centralt bindingssted for proteinet, og dermed sætte den i stand til at opfylde nye funktioner. University of Freiburg forskere formoder, at lignende hierarkiske mekanismer som dem, der er demonstreret i Hsp90 -proteinet, også er af grundlæggende betydning for signaloverførsel inden for andre proteiner. Hugel siger, at dette kan være nyttigt til brug af lægemidler til at kontrollere proteiner.