logo

Пользовательского поиска

Wednesday 23rd of May 2018

Физики помогают биологам понять фолдинг белков

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - Вглубь живой материи
Автор: Administrator   
23.06.2010 07:32

 

Физики Университета Калифорнии Санта-Барбара (University of California - Santa Barbara, UCSB) создали микрофлюидный прибор, способный помочь биологам проводить очень быстрые молекулярные измерения, способствующие пониманию процесса фолдинга белков. Эта разработка может помочь объяснить биологические процессы, связанные с болезнями Альцгеймера и Паркинсона. Так как различные функции, выполняемые белками в организме, зависят от их формы, процесс их сворачивания считается ключевой областью их исследования.

Иллюстрация фолдинга роданазы без шаперонина  (слева) и внутри полости шаперонинового комплекса GroEL-GroES (справа).  Шаперонин замедляет фолдинг С-терминального домена (красный), но  сохраняет последовательность сворачивания и предотвращает агрегацию с  другими белками. Быстрые измерения с помощью созданного в UCSB миксера  показывают, что, вопреки ожиданиям,  закрытие полости не инициирует  сворачивание субстрата.

Иллюстрация фолдинга роданазы без шаперонина (слева) и внутри полости шаперонинового комплекса GroEL-GroES (справа). Шаперонин замедляет фолдинг С-терминального домена (красный), но сохраняет последовательность сворачивания и предотвращает агрегацию с другими белками. Быстрые измерения с помощью созданного в UCSB миксера показывают, что, вопреки ожиданиям, закрытие полости не инициирует сворачивание субстрата.(Сredit: Hagen Hofmann)


Использовав микроразмерное устройство для смешивания жидкостей, созданное на базе UCSB, физики из UCSB и их коллеги из Университета Цюриха (University of Zurich) провели первое субсекундное измерение важной биологической молекулы, известной как шаперонин (chaperonin). Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Гены, закодированные в ДНК, содержат информацию о химической структуре белков, которые после синтеза в клетке сворачиваются в молекулярные машины, выполняющие основные функции во всех живых существах», - говорит доцент кафедры физики UCSB Эверетт Липман (Everett Lipman). «Многие белки сворачиваются и образуют сложную молекулу сами по себе, но есть и такие, которые склонны к неправильному фолдингу и агрегации. К последним относятся белки, вызывающие нейродегенеративные заболевания, такие как болезни Альцгеймера и Паркинсона».

Белки шаперонины, как известно, помогают фолдингу других белков, называемых субстратами, а также препятствуют их агрегации, объясняет Липман. Для инкапсуляции белка-субстрата GroEL, член большого семейства шаперонинов, работает во взаимодействии с GroES, изолируя субстрат от окружающей среды на время, необходимое для процесса его сборки. Хотя этот процесс уже изучался ранее, механизм, с помощью которого шаперонин успешно выполняет свою функцию или, наоборот, терпит неудачу, еще не понят.

Эксперименты, проводимые на одной молекуле, дают информацию о механизме фолдинга белка, который иначе остался бы скрытым сигналами от многих миллиардов несинхронизированных молекул, как это происходит в обычном эксперименте с множеством частиц. До сих пор маленькая скорость ручного смешивания не давала возможности изучать фолдинг одной молекулы белка внутри шаперонина раньше, чем через несколько минут. Это гораздо дольше, чем пятая часть секунды, необходимая GroEL и GroES для инкапсуляции их субстрата.

Физик-аспирант UCSB Шаун Пфайл (Shawn Pfeil), работающий с Липманом, и его коллега Чарли Викершем (Charlie Wickersham) разработали и собрали прибор, позволяющий производить одномолекулярные измерения через пять миллисекунд. Жидкости смешиваются в канале толщиной в одну десятую диаметра человеческого волоса. Вместе с коллегами Армином Хоффманном (Armin Hoffmann) и Бенджамином Шулером (Benjamin Schuler) из Института биохимии Университета Цюриха они измеряли фолдинг роданазы (rhodanese), ответственного за детоксикацию цианида фермента, внутри шаперонинового комплекса GroEL-GroES.

Результаты показывают, что – вопреки сложившимся ранее представлениям – быстрое начальное закрытие полости шаперонина GroES и соответствующее этому конформационное изменение GroEL не инициируют фолдинг субстрата, объясняет Липман. Многочисленные измерения в диапазоне от нескольких миллисекунд до нескольких часов показывают, что шаперонин замедляет фолдинг одной части белка роданазы, позволяя ей найти правильную форму сборки, оставаясь защищенной от агрегации. Дальнейшие исследования с использованием этого нового метода могут помочь определить, ответственен ли шаперонин за патогенную агрегацию, собирающую белки в группы и ведущую к заболеваниям.

Липман и Шулер сотрудничают уже более десяти лет. Они встретились во время работы в качестве научных сотрудников в Национальном институте здравоохранения (National Institutes of Health). Новый прибор построен на основе более раннего, созданного в 2003 году. «Микрофлюидное устройство, которые мы использовали для экспериментов в 2003 году, было медленным и генерировало много фоновых шумов», - говорит он. «Создав миксер специально для измерений одной молекулы, мы смогли значительно улучшить разрешение и чувствительность, необходимые для измерений фолдинга внутри молекулы шаперонина».

 

 

По материалам

Physicists Help Biologists to Understand Protein Folding; Results Help Further Basic Medical Research

 

Оригинальная статья:

H. Hofmann, F. Hillger, S. H. Pfeil, A. Hoffmann, D. Streich, D. Haenni, D. Nettels, E. A. Lipman, B. Schuler. Single-molecule spectroscopy of protein folding in a chaperonin cage

 

© «Физики помогают биологам понять фолдинг белков». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Вглубь живой материи.

 

 

 

Молекулы шаперонинов важны для предотвращения агрегации белков in vivo. Но до сих пор неясно, как они влияют на механизмы сворачивания белков. Для прослеживания сворачивания белка внутри GroEL/GroES полости шаперонина мы использовали одномолекулярный ферстеровский перенос энергии резонанса (Förster resonance energy transfer) в диапазоне времени от миллисекунд до часов. Наши результаты показывают, что нахождение в шаперонине замедляет сворачивание С-терминального домена субстратного белка роданазы, но не оказывает влияния на скорость фолдинга Т-терминального домена. Эксперименты с микрофлюидным смешиванием показывают, что сильное взаимодействие между субстратом и стенками полости препятствует процессу сворачивания, но его иерархия сохраняется. Наши результаты говорят о том, что не существует универсальных механизмов сворачивания белков в шаперонинах. Скорее механизмы и скорость сворачивания субстрата внутри полости GroEL/GroES шаперонина определяются конкуренцией между внутри- и межмолекулярными взаимодействиями.

 

 

Related Articles:
 
OZON.ru

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday163
mod_vvisit_counterYesterday842
mod_vvisit_counterThis week1945
mod_vvisit_counterLast week4698
mod_vvisit_counterThis month14435
mod_vvisit_counterLast month17905
mod_vvisit_counterAll days3997817

We have: 23 guests, 1 bots online
Your IP: 54.196.86.89
 , 
Today: Май 23, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.