Wissenschaftler entdecken Struktur von Protein essentiell für Qualitätskontrolle , die Funktion der Nerven

Mit einem innovativen Ansatz , haben Wissenschaftler am Scripps Research Institute ( TSRI ) die Struktur Ltn1 , eine vor kurzem entdeckte " Qualitätskontrolle " Protein, das in den Zellen aller Pflanzen, Pilzen und Tieren bestimmt.

Ltn1 erscheint wesentlich für die Aufbewahrung Zellen ProteinherstellungMaschinen reibungslos sein. Es kann auch für die menschliche neurodegenerative Erkrankungen, für ein Ltn1 Mutation in Mäusen führt zu einem Motor -Neuron- Krankheit ähnlich Amyotrophe Lateralsklerose (ALS , auch bekannt als Lou -Gehrig-Krankheit ) .

" Um Ltn1 der Wirkmechanismus besser zu verstehen , mussten wir seine Struktur zu lösen, und das ist, was wir hier getan", sagte TSRI Associate Professor Claudio Joazeiro .

" Darüber hinaus hat uns dieses Projekt eine Reihe von Strukturanalysetechniken, die wir in der Biologie , um weitere spannende Probleme anzuwenden gebracht ", sagte Professor TSRI Bridget Carragher .

Joazeiro und Carragher , zusammen mit Clint Potter, auch ein TSRI Professor , sind leitende Autoren der neuen Bericht, der in der Online Early Edition der erscheint Proceedings of the National Academy of Sciencesin der Woche vom 14. Januar 2013 .

Links zu Neurodegenerative Erkrankungen

Ltn1 zuerst vor einigen Jahren tauchte auf Biologen Radarschirmen , wenn ein Gemeinschafts Novartis - Phenomix Forscherteam stellte fest, dass Mäuse mit einem unbekannten Gen-Mutation geboren wurden normal, aber von progressiver Paralyse gelitten. Die Wissenschaftler nannte die Tiere Lister Mäuse , weil sie auf einer Seite aufgelistet, wie sie ging . In Zusammenarbeit mit Joazeiro , der Novartis -Team in einem 2009 Papier berichtet, dass das mutierte Gen in der Regel die für ein Typ von Enzym als E3 -Ubiquitin-Ligase bekannt, dass die Maus Phänotyp war auf eine neurodegenerative Syndrom ähnliches ALS.

In einer Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Naturim folgenden Jahr, Joazeiro und seine Postdoc- Research Associate Mario H. Bengtson gefunden , dass das Enzym dient als entscheidender Qualitätskontrolle -Manager für die zelluläre Protein - Fabriken genannt Ribosomen. Gelegentlich wird ein Ribosom erhält falsch kodiert genetischen Anweisungen und produziert bestimmte Arten von abnormalen Proteinen , als " Non-Stop -Proteine ​​" bezeichnet - ein Verklemmen der ribosomalen Maschinen wie eine faltig Blatt Papier in einem Bürodrucker . Bengtson und Joazeiro festgestellt, dass Ltn1 behebt gestaute Ribosomen durch Tagging nonstop Proteine ​​mit Ubiquitin -Moleküle , so markiert sie für die schnelle Zerstörung von umherziehenden zellulären Abfall - Entsorger genannten Proteasomen .

" Die Frage für uns da war , " Wie funktioniert Ltn1 tun? ' ", Sagte Joazeiro .

Aufs Ganze gehen für Elektronenmikroskopie

Um das herauszufinden , begann er eine Zusammenarbeit mit Carragher und Potter , der National Resource für automatisierte Molekulare Mikroskopie ( NRAMM ) , eine erweiterte Elektronenmikroskop Anlage am TSRI die von den National Institutes of Health National Center for Research Resources finanziert ausgeführt wird.

Ltn1 wurde als zu groß für seine Struktur durch aktuelle Kernspinresonanz ( NMR ) -Technik bestimmt werden , und , wie die Wissenschaftler jetzt weiß , zu flexibel, um das hoch reguläre kristalline Packung durch Röntgen Kristallographie benötigt, zu ermöglichen. " Es ist ein sehr Floppy -Molekül , so dass es schwer zu kristallisieren würde sein", sagte Potter.

Erweiterte Elektronenmikroskopie bot eine Möglichkeit , aber. Dmitry Lyumkis , ein Doktorand in der NRAMM Labor und Erstautor der Studie nahmen hochaufgelöste Bilder von Hefe Ltn1 mit einem Elektronenmikroskop . Dann benutzte er anspruchsvolle Bild- und Datenverarbeitungssoftwareauszurichten und mittlere Einzelbilder . Die Technik macht einen Großteil der zufälligen "Rauschen" , die Einzelbilder verdeckt und produziert ein scharfes 3D- Bild des Proteins.

Niemand Elektronenmikroskopie jemals verwendet wurde, um so viele unterscheiden - mehr als 20 - Konformationen eines so kleinen Protein. "In der Regel Elektronenmikroskopen bestimmen nicht mehr als zwei oder drei Konformationen , und sie mit Protein-Komplexe , deren Größe im Bereich Megadalton arbeiten, aber Ltn1 nur 180 Kilodalton , um eine Größenordnung kleiner ", sagte Lyumkis .

Eine ungewöhnlich flexible Struktur

Die Analyse ergab, dass Ltn1 hat eine längliche , Doppelgelenk und außerordentlich flexible Struktur mit zwei Arbeitsenden - N-Terminus und C-Terminus. " Wir erwarten, dass der N-Terminus ist für die Assoziation mit dem Ribosom verantwortlich und weiß, dass der C-Terminus für die Ubiquitinierung von Proteinen verantwortlich nonstop ", sagte Lyumkis . " Wir vermuten, dass die hohe Flexibilität dieser Struktur ist notwendig , damit es auf die Vielfalt der Nonstop- Proteine, die in Ribosomen stecken bleiben können zu arbeiten."

Einer der nächsten Schritte für das Team ist es, einzelne Segmente Ltn1 ist , das steifer sein , mit Hilfe der Röntgenkristallographie erscheinen zu bewerten , um eine Stück -für- Stück AtomauflösendenModell des Enzyms zu entwickeln. Ein weiterer Grund ist die Struktur der Ltn1 bestimmen , wenn es an ein Ribosom gebunden ist, und die auf einem Non-Stop -Protein. Joazeiro stellt fest, dass ein typisches Hefezelle hat fast 200.000 Ribosomen , sondern nur 200 Ltn1 Kopien für eine angemessene Qualitätskontrolle unter normalen Wachstumsbedingungen erfordert . "Irgendwie ist dieses Enzym effizient spüren die Ribosomen gestaut werden , und wir erwarten, dass durch die Lösung der gemeinsamen Struktur Ltn1 und einem Ribosom , werden wir in der Lage zu verstehen, wie es das tut ", sagt er.

Lyumkis , Carragher , Potter und ihre Kollegen NRAMM planen auch eine ähnliche Elektronenmikroskopie basierten Ansatz verwenden, um die Strukturen anderer wichtiger Proteine ​​mit sehr unterschiedlichen " heterogenen " Konformationen zu finden. " Heterogenität ist eine große Herausforderung ", sagte Potter ", und in der Lage , diese große Datenmenge eine entscheidende Durchbruch zu sammeln und alles tun, dieses Datenverarbeitung erfolgreich war . "