Definieren Stable -Sequenzen für Kollagensynthese könnte dazu beitragen, Krankheiten zu bekämpfen , Design Drogen

Der menschliche Körper ist tüchtig zu machen, Kollagen. Und Menschen Laboratorien sind immer besser die ganze Zeit .

In einer Entwicklung, die zu einer besseren Entwicklung von Arzneimitteln und neuen Therapien für Krankheiten führen könnte , haben Forscher der Rice University ein wichtiger Schritt zur Synthese von kundenspezifischen Kollagen. Reis Wissenschaftler , die gelernt haben , wie Kollagen zu machen - das Faserprotein , das Zellen zusammen in Organen und Geweben bindet - jetzt Graben in seiner molekularen Struktur zu sehen, wie es bildet und in Wechselwirkung mit biologischen Systemen.

Jeffrey Hartgerink , Associate Professor für Chemie und der Biotechnologie , und sein ehemaliger Doktorand Jorge Fallas, jetzt ein Postdoc-Forscher an der University of Washington, schrieb ein neues Computerprogramm, das die stabilsten Strukturen im Nanometerbereich Kollagen prognostiziert . In der Natur , verknüpfen diese kleinen Strukturen in Ketten, wie Bindegewebe im Körper dienen . Hartgerink und Fallas folgen Sie den Computer , indem sie Forschung und Testen der Kollagen in ihren Berechnungen beschrieben.

Ihr Erfolg , in der Online-Zeitschrift berichtet Nature Communications, Wird von Interesse für Ärzte und Wissenschaftler, in der rekonstruktiven Chirurgie , Kosmetik und Tissue Engineering sowie Forscher, die Kollagen-Protein- Wechselwirkungen, die zu neuen Therapien für Krebs und anderen Krankheiten führen können, zu arbeiten.

" Kollagen ist ein Protein, seltsam . Auf der einen Seite ist es das häufigste Protein im menschlichen Körper ", sagte Hartgerink , die in einer früheren Arbeit enthüllt eine neue Möglichkeit, sich selbst organisierenden Kollagen zu synthetisieren. "Es ist im Grunde das verbindende Faser, die Zellen zusammenhält , ohne sie würde man in eine große Pfütze verwandeln.

"Durch die Masse , ist Kollagen das häufigste Protein ist . Aber es ist anders als fast jede andere Sie vielleicht zu betrachten ", sagte er .

Hartgerink verglichen Collagen , DNA mit einer strukturellen Twist, wie es nicht zwei, sondern drei ineinander Peptidsträngen hat . " Watson und Crick , wenn sie zum ersten Mal versuchen, DNA zu verstehen, herausgefunden, den zugrunde liegenden Code , wie alle Basenpaare zusammenpassen ", sagte er . " Kollagen ist ähnlich, nur sind drei Stränge . In diesem Papier haben wir damit begonnen, den Code von denen Aminosäuren gehen mit dem, was andere, um die Struktur zu stabilisieren zu knacken. "

Während Wissenschaftler haben eine große Fortschritte Definition der Strukturen anderer Proteine ​​gemacht ", nur eine kleine Gruppe von uns waren interessiert an Kollagen. Und aus diesem Grund hat sich unser Verständnis davon zurückgeblieben ", sagte er .

In ihrer neuen Arbeit, Hartgerink und Fallas hin analysiert Wechselwirkungen zwischen Aminosäuren, die einen Strang zu einer anderen ( und in diesem Fall noch ein weiteres ) anzuziehen, um die Dreifachhelix zu bilden. "Wir schauen uns positiv geladen und Aminosäuren negativ geladen und wo müssen sie ausgerichtet sind , um zu einer Stabilisierung führen werden", sagte Hartgerink .

In gleicher Weise müssen drei Farbbilder korrekt für einen Betrachter zu sehen, ein vollständiges Bild , müssen die drei Stränge eines Kollagen-Protein in dem Register für das Protein seine Funktion ausgerichtet werden.

" Collagen macht mehr als halten Zellen zusammen ", sagte er . " Es bindet auch andere Proteine, die interessante Funktionen haben. Diese Proteine ​​, Kollagen zu befestigen und dann Zellen kommen und binden an diese Proteine ​​. Auf der Grundlage dieser Interaktion wird eine Zelle dann " entscheiden " wie sie sich verhalten und differenzieren sich in einer anderen Art der Zelle. "

Hartgerink sagte, dass nach Immobilien macht Kollagen speziell für biologische Gerüste, Materialien, die unter intensiver Studien sind als eine Möglichkeit, neue Körperteile wachsen wertvolle - sogar ganze Organe - beschädigte zu ersetzen.

Hartgerink des Strangs Ausrichtungsstabilität eines Kollagenhelixist bestimmt auch . Das Computerprogramm von Fallas und Hartgerink ausgelegt berechnet die Stabilität jeder möglichen Ausrichtung einer gegebenen Menge von Peptidsträngen - 27 an der Zahl - , die besten Spiele aus positiv und negativ geladenen Aminosäuren zu finden. Er ordnet dann jedem Satz eine Punktzahl auf der Grundlage des Netto positive oder negative Ladung der gesamten Helix.

"Wenn wir eine positive Ladung in einer Peptidsequenz , wird die Dreifachhelix destabilisieren , und wir erzielen , daß als minus 1 ", sagte er . "Wenn wir eine negative Ladung , die auch destabilisiert die Helix und wir auch Gäste , dass als minus 1. Wenn diese Kosten richten Sie in das, was wir die axiale Geometrie nennen , die Destabilisierung negiert . Diese Dreifach-Helix würde eine Punktzahl von haben 0 , was gut ist.

"Wir schaffen große , theoretische Populationen von Kollagen -Sequenzen und der Gäste alle von ihnen ", sagte er . "Wir erfahren, welche am nächsten zu diesem magischen Wert von 0 sind und werfen Sie alle anderen. " Das sagt der Forscher , die Sequenzen sind wahrscheinlich durch Selbstorganisation der stabilsten Helices . " Die Mathematik sieht kompliziert aus , aber ein Personal-Computer kann einer dieser Sequenzen in ein oder zwei Minuten Verarbeitungszeit zu erzeugen. Es ist nicht super anspruchsvoll. " Er sagte, der Code wird auf der Homepage seiner Gruppe zur Verfügung stehen für andere Forscher zu versuchen.

Hartgerink Labor , bei Rice BioScience Forschung Collaborative basiert , hat die ungewöhnliche Fähigkeit zur Durchführung sowohl theoretische als auch experimentelle Seite der Arbeit. Während das Programm generiert Testsequenzen in wenigen Minuten auf einem Desktop-Computer , Synthese und Analyse von tatsächlichen Kollagen zwar viel aufwendiger .

"Wenn man eine Sequenz haben , um es zu testen , um zu sehen, ob es funktioniert tatsächlich wollen, dass Sie ", sagte er . " Die Mathematik ist nutzlos , wenn es nicht die Vorhersage der Realität. Unsere Proof-of- Prinzip zeigte der Computer -Code kann verwendet werden, um eine Dreifachhelix , die richtig klappt . Jetzt, da wir wissen, wie Sie dies tun zu entwerfen , können wir darum, Kollagen Biomaterialien für denken Dinge wie ein Gerüst oder an Protein / Rezeptor- Kollagen -Wechselwirkungen, die Personen haben versucht, für eine lange Zeit zeigen, zu testen. "

Er sagte, die Arbeit kann dazu beitragen Forscher entschlüsseln Rolle von Kollagen in der Metastasierung von Krebs. "Krebszellen müssen in der Lage , Kollagen , um von Organ zu Organ bewegen abbauen können. Wir müssen die Struktur des Kollagens verstehen zu lernen, wie sie das tun ", sagte Hargerink . " Blutgerinnsel passieren, weil bestimmte Proteine ​​erkennen eine Kollagen -Sequenz . Wenn wir die Struktur nicht verstehen , können wir nicht unterstützen Blutgerinnung , eine Wunde zu heilen oder helfen Menschen, die overclotting Probleme haben.

"All diese Ziele sind entscheidend , aber sie sind sehr schwer zu erreichen , wenn wir nicht grundsätzlich Kollagenstruktur zu verstehen", sagte er. "Wir sind nicht all diese Probleme hier zu lösen , aber das ist ein guter erster Schritt . "