En opgradering til magnetiske resonansmetoder med en 1.000-fold forstærker

Forskere bestemmer strukturen og dynamikken af ​​proteiner ved hjælp af NMR (Nuclear Magnetic Resonance) spektroskopi. Indtil nu har det dog været nødvendigt med meget højere koncentrationer til in vitro-målinger af biomolekylerne i opløsning, end der findes i vores krops celler. En NMR-metode forbedret af en meget kraftig forstærker, i kombination med molekylær dynamiksimulering, muliggør nu deres påvisning og nøjagtig karakterisering ved fysiologiske koncentrationer. Dette er rapporteret af Dennis Kurzbach kemiker ved Universitetet i Wien og hans kolleger i tidsskriftet Science Advances . Holdet demonstrerede deres nye metode med eksemplet med et protein, der påvirker celleproliferation og dermed også potentiel tumorvækst.

I øjeblikket er NMR-spektroskopi den eneste metode, der tillader en fuldstændig beskrivelse af atomstrukturen af ​​biomakromolekyler i deres native opløsningstilstand. Men på grund af metodens iboende lave følsomhed skal prøverne indeholde mange flere molekyler pr. volumen end fysiologisk almindeligt. For at overvinde denne uoverensstemmelse kan hyperpolarisering (mere præcist ved Dissolution Dynamic Nuclear Polarization) bruges til at opnå en 1.000-fold signalforstærkning i NMR-målinger.

E-guitar vs. NMR – samme princip

"Spektroskopi har nogle ligheder med en elektrisk guitar:Hvis forstærkeren er for svag, vil du høre meget lidt, hvis du ikke slår kraftigt på strengene," siger Dennis Kurzbach fra Institute of Biological Chemistry, "hvilket betyder, at du har brug for meget materiale til at se et NMR-signal. Med den nye hyperpolarisationsforstærker kan du nu se noget selv ved lav koncentration."

Forskerne opnåede at måle biomolekyler i koncentrationer så lave som 1 mikromol/liter (dvs. en milliontedel af de sædvanlige koncentrationsniveauer). Koncentrationen nærmer sig dermed vores cellers. Dette er vigtigt, fordi proteiner kan reagere på unaturligt høje koncentrationer. De gør ikke længere, hvad de skal og opfører sig pludselig anderledes.

Desuden giver en opløsning Dynamic Nuclear Polarization-måling typisk en-dimensionelle spektre, som begrænser den opnåede information. For at beskrive proteiner udførligt under naturlige koncentrationsforhold brugte forskerne simuleringer af molekylær dynamik:"Vi var også i stand til at ekstrapolere det fingeraftryk, vi fik af vores molekyle via NMR, til dets 'hele krop', dvs. dets multidimensionelle struktur," siger Kurzbach.

Betydende protein MAX beskrevet

Værdien af ​​dette metodiske fremskridt demonstreres ved hjælp af den allestedsnærværende transkriptionsfaktor MAX. Dette protein kan selv associere med forskellige andre proteiner (dvs. proteindimerisering). For example, MYC-MAX dimers have a great influence on the DNA copying processes in the cell.

With the new methods, MAX has been shown to adopt an undocumented conformation when concentrations approach physiological levels. "The folding spectrum of MAX is of crucial importance for working together with MYC and thus for the proliferation of healthy as well as diseased cells in the body," said ERC grantee Dennis Kurzbach, who is also deputy head of the Core Facility NMR at the Faculty of Chemistry.

The new method can help to better understand the process of cell proliferation to tumor growth and thus elucidate basic mechanisms for cancer development. This is just one of many potential fields of application for the new method—after all, thousands of proteins in our cells perform a wide variety of tasks, including digestion and regulation of DNA and RNA. + Udforsk yderligere

Magnetic resonance makes the invisible visible