_ Cercetătorii descoperă combinând metode unice noi funcții ale proteinelor, explorează spațiul fizic al proteinelor

Cercetătorii din laboratorul lui John Kuriyan, profesor de biochimie și decan al Școlii de Științe de bază de Medicină, au dezvăluit un element cheie al modului în care o mașină moleculară responsabilă -replicarea ADN-ului de viteza functioneaza. Rezultatele studiului lor se bazează pe teoriile în creștere ale evoluției moleculare.

Articolul, „Autoinhibition of a clamp-loader ATPaze revelated by deep mutagenesis and cryo-EM”, a fost publicat în revista Nature Structural & Molecular. Biologie.

Clamp loaders - proteine ​​care ajută la încărcarea mașinilor de replicare a ADN-ului în ADN - au o varietate de funcții biologice care se modifică pe măsură ce structura lor evoluează. Aceste proteine ​​se găsesc în toată viața, de la organismele unicelulare până la oameni. În ultimul deceniu, structura și funcția încărcătorului cu clemă au fost considerate a fi bine înțelese pe baza unor instantanee ale structurii sale tridimensionale. Această cercetare, condusă de co-primii autori, colega postdoctorală Kendra Marcus și profesorul asistent de cercetare Yongjian Huang, a dezvăluit o imagine de ansamblu.

„Combinând mutageneza profundă și microscopia electronică criogenică, am găsit un intermediar structural cheie care a fost nu este văzut în aceste [instantanee] și au ilustrat modificările conformaționale necesare pentru ca încărcătorul cu cleme să-și facă treaba”, a spus Marcus. „Nu numai asta, dar vedem regiuni ale proteinei despre care credeam că sunt „neimportante” participă la procese înalt coordonate.”

Perechea unică a mutagenezei profunde și crio-EM este ceea ce a condus la această descoperire. Mutageneza profundă hărți regiuni importante ale unei proteine ​​dezvăluind sensibilitatea sa mutațională sau modul în care o proteină răspunde la o mutație, iar cryo-EM produce vizualizări tridimensionale care nu sunt de obicei văzute în structurile cristaline. Studierea sensibilității mutaționale a proteinelor pune în lumină modul în care arhitectura proteinei îi influențează funcția și modul în care evoluția poate regla aceste variabile pentru a oferi proteinelor noi sarcini.

Cercetătorii au dedus mai întâi o nouă stare a încărcării cu clemă pe baza date de mutageneză profundă și apoi le-a vizualizat folosind cryo-EM, care a dezvăluit o stare conformațională nevăzută anterior sau o aranjare a atomilor care dă forma încărctorului cu clemă.

„Unul dintre punctele forte unice ale crio-EM constă în puterea sa de a capta ansamblul stărilor conformaționale adoptate de aceste mașini macromoleculare, cum ar fi dispozitivul de încărcare cu clemă”, a spus Huang. „În acest studiu, cryo-EM ne permite să vizualizăm detaliile moleculare ale unei stări conformaționale nou descoperite și modificările conformaționale critice necesare pentru funcția de încărcare a clemei.”

Aceste descoperiri au implicații în teoria evoluției și modul în care proteinele folosesc locuri „nesemnificative” în aceste mașini moleculare pentru a deveni importante în mod condiționat în adaptarea noilor funcții, a spus Marcus.

În urma acestei descoperiri, laboratorul Kuriyan va folosi tehnici de învățare automată pentru a proiecta și testa o nouă clemă. proteine ​​de încărcare pe baza constatărilor lor actuale. Aceste tipuri de experimente oferă o utilitate extraordinară pentru înțelegerea modului în care proteinele își schimbă funcția din cauza mutațiilor legate de boli sau ca răspuns la medicamente.

„Sperăm că aceste rezultate îi inspiră pe biochimiștii și biofizicienii moleculari să aplice metode creative pentru a explora spațiul fizic al proteinelor”, a spus Marcus. „Această lucrare ilustrează modul în care teoria evoluționistă poate crește înțelegerea noastră orientată structural a funcțiilor proteinelor.”

(Fluierul)