01:20 2022-12-09
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cercetătorii descoperă cum o nano-camera din celulă direcționează plierea proteinelor
_ Cercetătorii descoperă cum o nano-camera din celula dirijează plierea proteinelor
Un studiu de referință realizat de cercetătorii de la Laboratorul Național Accelerator SLAC al Departamentului de Energie și de la Universitatea Stanford dezvăluie modul în care o mașină celulară minusculă numită TRiC direcționează plierea tubulinei, o proteină umană care este clădirea bloc de microtubuli care servesc drept schelă și sistem de transport al celulei.
Până acum, oamenii de știință credeau că TRiC și mașinile similare, cunoscute sub numele de chaperonine, oferă pasiv un mediu propice plierii, dar nu participă direct la el. .
Până la 10% dintre proteinele din celulele noastre, precum și cele din plante și animale, primesc ajutor practic din aceste mici camere pentru a se plia în formele lor finale, active, au estimat cercetătorii.
Multe dintre proteinele care se pliază cu ajutorul TRiC sunt strâns legate de bolile umane, inclusiv anumite cancere și tulburări neurodegenerative, cum ar fi boala Parkinson, Huntington și Alzheimer, a spus profesorul de la Stanford Judith Frydman, unul dintre autorii principali ai studiului.
De fapt, a spus ea, o mulțime de medicamente împotriva cancerului sunt concepute pentru a perturba tubulina. și microtubulii pe care îi formează, care sunt cu adevărat importanți pentru diviziunea celulară. Deci, țintirea procesului de pliere a tubulinei asistat de TRiC ar putea oferi o strategie atractivă împotriva cancerului.
Echipa a raportat rezultatele studiului lor de un deceniu într-o lucrare publicată astăzi în Cell.
„Aceasta este cea mai interesantă structură de proteine la care am lucrat în cariera mea de 40 de ani”, a spus profesorul SLAC/Stanford Wah Chiu, un pionier în dezvoltarea și utilizarea microscopiei electronice criogenice (cryo-EM) și director al Cryo-EM al SLAC. și divizia de bioimagini.
„Când am cunoscut-o pe Judith în urmă cu 20 de ani”, a spus el, „am vorbit despre dacă am putea vedea proteinele care se pliază. Este ceva ce oamenii încearcă să facă de ani de zile, iar acum avem am făcut-o.”
Cercetătorii au surprins patru pași distincti în procesul de pliere direcționat de TRiC la rezoluție aproape atomică cu crio-EM și au confirmat ceea ce au văzut cu analize biochimice și biofizice.
La cel mai elementar nivel, a spus Frydman, acest studiu rezolvă enigma de lungă durată a motivului pentru care tubulina nu se poate plia fără asistența TRiC: „Este real ly schimbă jocul prin aducerea în sfârșit a unei noi modalități de a înțelege modul în care proteinele se pliază în celula umană.”
În plierea spaghetelor în flori
Proteinele joacă un rol esențial în practic tot ceea ce face o celulă. , iar a afla cum se pliază în stările lor finale 3D este una dintre cele mai importante căutări din chimie și biologie.
Așa cum spune Chiu, „O proteină începe ca un șir de aminoacizi care arată ca spaghete, dar nu poate funcționa până nu este pliată într-o floare de forma potrivită.”
De la mijlocul anilor 1950, imaginea noastră despre modul în care se pliază proteinele a fost modelată prin experimente efectuate folosind proteine mici de către Cercetatorul National Institutes of Health Christian Anfinsen. El a descoperit că, dacă a desfășurat o proteină mică, aceasta ar fi spontan înapoi în aceeași formă și a concluzionat că direcțiile pentru a face asta au fost codificate în secvența de aminoacizi a proteinei. Anfinsen a împărtășit Premiul Nobel pentru chimie din 1972 pentru această descoperire.
Treizeci de ani mai târziu, cercetătorii au descoperit că mașinile celulare specializate ajută proteinele să se plieze. Însă opinia predominantă a fost că funcția lor era limitată la a ajuta proteinele să-și desfășoare plierea spontană, protejându-le să nu rămână prinse sau să se lipească împreună.
Un tip de mașină de ajutor, numită chaperonină, conține un butoi. camera care rețin proteinele în interior în timp ce se pliază. TRiC se încadrează în această categorie.
Camera TRiC este unică prin faptul că constă din opt subunități diferite care formează două inele stivuite. O șuviță lungă și subțire de proteină tubulină este introdusă în deschiderea camerei printr-o moleculă auxiliară în formă de meduză. Apoi capacul camerei se închide și începe plierea. Când este gata, capacul se deschide și tubulina terminată, pliată pleacă.
Deoarece tubulina nu se poate plia fără TRiC, s-a părut că TRiC poate face mai mult decât să ajute pasiv tubulina să se plieze spontan. Dar cum funcționează exact asta? Acest nou studiu răspunde la această întrebare și demonstrează că, cel puțin pentru proteine precum tubulina, conceptul de „pliere spontană” nu se aplică. În schimb, TRiC orchestrează direct calea de pliere care duce la proteina în formă corectă.
Deși progresele recente în inteligența artificială sau AI, pot prezice structura finită, pliată a majorității proteinelor, a spus Frydman, AI nu arată cum o proteină își atinge forma corectă. Aceste cunoștințe sunt fundamentale pentru controlul plierii în celulă și dezvoltarea de terapii pentru bolile plierii. Pentru a atinge acest obiectiv, cercetătorii trebuie să descopere pașii detaliați ai procesului de pliere așa cum are loc în celulă.
O cameră celulară preia conducerea
Acum zece ani, Frydman, Chiu iar echipele lor de cercetare au decis să aprofundeze ceea ce se întâmplă în camera TRIC.
„Comparativ cu camerele de pliere simple ale chaperoninelor din bacterii, TRiC din celulele umane este o mașină foarte interesantă și complicată.” spuse Frydman. „Fiecare dintre cele opt subunități ale sale are proprietăți diferite și prezintă o suprafață distinctă în interiorul camerei, iar acest lucru se dovedește a fi cu adevărat important.”
Oamenii de știință au descoperit că interiorul acestei camere unice direcționează procesul de pliere în două moduri.
Pe măsură ce capacul camerei se închide peste o proteină, pe pereții ei interiori apar zone de sarcină electrostatică. Ele atrag părți încărcate în mod opus ale catenei de proteine tubulină și, în esență, le lipesc de perete pentru a crea forma și configurația adecvată pentru următorul pas de pliere. Între timp, „cozile” subunității TRiC care atârnă de peretele camerei prind proteina tubulină în anumite momente și locuri pentru a o ancora și a o stabiliza.
Pentru a începe, un capăt al firului de tubulină se agăță într-un mic buzunar. in perete. Apoi celălalt capăt se atașează într-un loc diferit și se pliază. Acum capătul care s-a agățat în perete se pliază într-un mod care îl aduce chiar lângă prima zonă pliată.
La pasul trei, o parte a secțiunii din mijloc se pliază pentru a forma miezul proteinei, împreună cu buzunare în care GTP, o moleculă care stochează și eliberează energie pentru a alimenta activitatea celulei, se poate conecta.
În cele din urmă, secțiunea de proteine rămasă se pliază. Molecula de tubulină este acum gata de acțiune.
„Aceste instantanee structurale ale etapelor intermediare din secvența de pliere nu au fost niciodată văzute înainte de microscopia crio-electronică”, a spus Frydman.
A. combinație puternică de tehnici
Echipa ei a confirmat secvența de pliere cu o serie provocatoare de teste biochimice și biofizice care au necesitat ani de muncă.
Interpretarea acestor rezultate a permis cercetătorilor să construiască o imagine a forma schimbătoare a tubulinei pe măsură ce se pliază în interiorul camerei TRiC, care se potrivea cu imaginile generate de crio-EM.
„Este foarte puternic să poți merge înainte și înapoi între aceste tehnici, pentru că atunci poți cu adevărat să știți că ceea ce vedeți reflectă ceea ce se întâmplă în celulă", a spus Frydman.
"Știința ne-a surprins cu o soluție cu adevărat interesantă pe care nu aș fi prezis-o."
Studiul oferă, de asemenea, indicii pentru înțelegerea modului în care acest sistem de pliere a evoluat în celulele eucariote, care alcătuiesc plantele, animalele și oamenii, dar nu și în celulele mai simple precum cele ale bacteriilor și arheilor. Pe măsură ce proteinele au devenit din ce în ce mai complexe pentru a satisface nevoile celulelor eucariote, cercetătorii sugerează că, la un moment dat, nu s-au putut plia în formele de care aveau nevoie pentru a efectua lucrări mai complicate fără un mic ajutor. Proteinele eucariote și camera lor de chaperonină au evoluat probabil împreună, probabil începând cu ultimul strămoș comun al tuturor organismelor eucariote, cu aproximativ 2,7 miliarde de ani în urmă.
Datorită complexității analizelor și a interludiului pandemic, studiul a mers atât de mult timp încât mulți dintre cei care au lucrat la el s-au mutat la alte locuri de muncă. Printre aceștia se numără cercetătorii postdoctorali Daniel Gestaut și Miranda Collier de la grupul lui Frydman, care au realizat partea biochimică a proiectului și l-au împins înainte, și Yanyan Zhao, Soung-Hun Roh, Boxue Ma și Greg Pintilie din grupul lui Chiu, care au realizat crio. -Analize EM. Printre contribuatorii suplimentari se numără Junsun Park, un student din grupul lui Roh, și Alexander Leitner de la ETH din Zurich, Elveția.
Comentarii:
Adauga Comentariu