Jamie HD Cate

Profesor asociat de Biochimie si Biologie Moleculara

Director de informare completa

Interese de cercetare

Baza moleculara pentru sinteza proteinelor de catre ribozomului

Sintezei de proteine??este mecanismul universal pentru traducerea codul genetic in functie de celulare. Aparatul care efectueaza traducerea este ribozomului, o mare ARN-complex de proteine??a caror structura este foarte conservate in toate regatele de viata. Ribozomilor, care sunt peste 21 nm in diametru, interactiona cu liganzi diferite si cofactors, inclusiv mesager ARN (mRNA), ARN de transfer (tARN), si proteinele implicate in initierea, alungirea, si incetarea de sinteza proteinelor. Ribozomii sunt, de asemenea, entitati dinamice; subunitati mici si mari ribozomale asociat si disocieze pe parcursul unui ciclu complet de sinteza proteinelor. Suntem explorarea procesul de sinteza proteinelor de catre ribozomului. Intrebari-cheie despre natura fundamental al traducerilor raman fara raspuns. De exemplu, cum se misca cu exactitate de-a lungul ribozomului un mRNA? Si cum anumite antibiotice, atat de util in reducerea infectiilor, ribozomii infirm? La om, cum este reglementata de traducere, si cum virusii eludeze aceste controale?

Suntem folosind x-ray cristalografica, biochimice, biofizice si abordari pentru a descoperi mecanismul de sinteza proteinelor, atat in bacterii si la om. De exemplu, noi suntem probeze mecanismul prin care tRNAs ribozomului translocates de la un situs de legare la altul, dupa formarea de obligatiuni peptide. Multe antibiotice degrada precizia de traducere, formarea de obligatiuni bloc peptida, sau pentru a preveni tARN shuttling pe ribozomului. Cautam, de asemenea, la structura ribozomului bacterian, atat in??absenta sau prezenta acestor antibiotice pentru a descoperi efectele lor asupra sinteza proteinelor. In plus, suntem studiaza modul in care agenti patogeni umani, cum ar fi virusul hepatitei C (VHC) evita de aparare ale gazdei si deturneaza ribozomului omului de a traduce proteinele proprii.

X-ray structuri de cristal a E. coli ribozomului. Suntem folosind x-ray cristalografie pentru a sonda baza structurale pentru multe aspecte ale biosinteza proteinelor care necesita ribozomului intact. Scopul nostru este de a face o atomice cu rezolutie "film" al unei ribozomului in procesul de luare a unei proteine. X-cristalografie cu raze ofera mijloacele disponibile numai pentru a tine atomice cu rezolutie "instantanee", care va servi drept cadre in acest film. Am obtinut acum cristale din intreaga E. coli ribozomului ca difracta raze X la o rezolutie de 3.1-3.2 A, si au determinat structurile ribozomului in patru state la o rezolutie de 3,5 A. Aceste structuri au relevat baza moleculara pentru asociere subunitatea ribozomale si dinamica in detaliu fara precedent. Ele pot explica, de asemenea, modul in care controalele ribozomului mRNA si tARN libera substrat in timpul traducerii. Noi suntem de extindere acum rezolutie a structurilor la limita de difractie a cristalelor. Mai mult decat atat, aceste cristale ofera o oportunitate fara precedent de a sonda in detaliu atomice efectele antibioticelor asupra ribozomului completa si mutatii in ribozomului care duc la rezistenta la antibiotice sau pasi perturba cheie in traducere.

Initiere obtinute la om In eucariote,. Obtinute este initiata de un mecanism complex, in care subunitatea ribozomala 40S este recrutat la structura capacul mARN 5'-end, recunoaste codonul incepe printr-un mecanism de scanare inainte de asocierea cu subunitatea ribozomala 60S, pentru a forma un activ 80S ribozom. Intr-o cale alternativa folosite de virusi, cum ar fi uman patogene virusul hepatitei C (VHC), o structura ARN-ului numit un site intern de intrare ribozomal (IRES), situat in recruteaza 5 'netraduse regiune, in mod corespunzator pozitii, si activeaza ribozomului intr-un capac - si la sfarsitul procesului-independent. Initierea de la IRES VHC implica doar o mica parte din factorii de initiere eucariote (eIFs) necesare pentru initierea de traducere canonice. Noi studiem aspecte ale ambelor cai de deschidere folosind o varietate de abordari biochimice si structurale pentru a furniza o mai buna intelegere la nivel molecular modul in care aceste procese de lucru.

Impactul inghesuire moleculare cu privire la traducere. In conditii fiziologice, reactii biochimice au loc intr-un mediu aglomerat. Aglomerarea moleculara are un impact mai mare asupra interactiunilor macromoleculare, inclusiv schimbari mari de conformationale intr-o macromolecula. De exemplu, aglomerarea moleculara influenteaza dramatic cai de pliere proteine. Intr-o celula bacteriana, concentratia de macromolecule poate ajunge la o suta de ori ca intr-un tipic in reactie biochimice in vitro. Deoarece aglomerarea moleculara este dificil sa imite in afara celulei, functia de biomolecule in medii aglomerate, nu este bine inteles. In biosinteza proteinelor, un numar de rearanjamente conformationale in ribozomului au fost identificate din masuratori structurale si hidrodinamice. Impactul acestor rearanjamente privind energetica de traducere, mai ales in conditii de aglomeratie celulare, ramane in intregime neexplorat.

Am creat recent ca sistemele de noi microfluidic pentru palpare cinetica rapida biochimice in conditii de aglomerare moleculara. Suntem acum le folosesc pentru a evalua efectul de evictiune macromoleculare pe sinteza proteinelor. In special, suntem explorare modul in care factorul G ribozomului si elongatie converti energia chimica de hidroliza GTP in energie mecanica de mRNA si translocatie tARN. Rezultatele noastre vor oferi o perspectiva cu totul noua asupra energeticii si cinetica de traducere, aceasta apare in celula.

Combustibili regenerabili

Combustibili lichizi, produs din biomasa celulozica au potentialul de a reduce dependenta noastra de petrol. Cu toate acestea, actualul proces de conversie a biomasei pentru a combustibililor lichizi este prea scump pentru ca acestea sa fie cost competitiv cu benzina conventionale sau motorina. In laborator Cate, studiem degradarea biologica si utilizarea de celuloza de microorganisme. Credem ca o intelegere mai completa a utilizarii de celuloza microbiene va contribui la reducerea costurilor de biocombustibili celulozic.

Celuloza este biopolimer cel mai abundent pe pamant si o materie prima promitatoare pentru productia de biocombustibili. Este un foarte cristalin, polizaharidice liniar compus din beta-1-4 molecule de glucoza legate. Cristalinitatea face celuloza rezistent la hidroliza. Ciuperci sunt degraders omniprezenta a biomasei celulozice, si sunt utilizate in prezent ca gazde de productie a produselor celulaza comerciale.

In colaborare cu Louise de sticla si grupurile de Michael Marletta de cercetare, studiem degradarea celulozei de catre filamentoase ciuperca Neurospora crassa. Neurospora crassa este larg recunoscuta ca un organism model si are zboruri instrumente genetice, biochimice, si functional genomica. Am finalizat recent un sistem de analiza a larga de raspuns Neurospora la crestere pe biomasei celulozice si au identificat o serie de gene implicate in procesul de (Tian si Beeson et al., PNAS, 2009). Lucrarile in curs in laborator este axat pe caracterizarea biochimica a acestor proteine??si enzime.

Selectate pentru Publicatii

Munro, JB, Altman, RB, Tung, CS, Cate, JH, Sanbonmatsu, KY, Blanchard, SC (2010) formarea spontana a statului deblocat a ribozomului este un proces mai multe etape. PNAS, 107, 709-14.

Tian,??C., Beeson, WT, Iavarone, AT, Sun J., Marletta, MA, Cate, JH si sticla, NL (2009) analiza Sisteme de degradare a peretelui celular de plante de modelul filamentoase ciuperca Neurospora crassa. PNAS, 106, 22157-62.

Zhang, W., Dunkle, JA si Cate, JHD (2009) Structuri ale ribozomului in statele intermediare de clichetare Stiinta,. 325, 1014-7.

Borovinskaya, MA, Shoji, S., Fredrick, K. si Cate, JHD (2008) baza structurale pentru hygromycin inhibarea B de biosinteza proteinelor ARN-ului,. 14, 1590-9.

Pai, RD, Zhang, W., Schuwirth, BS, Hirokawa, G., Kaji, H., Kaji, A. si Cate, JHD (2008) Statisticile structurale in interactiunile ribozomului factor de reciclare cu anii '70 ribozomului. J. Mol. Biol, 376., 1334-1347.

Borovinskaya, MA, Shoji, S., Holton, JM, Fredrick, K. si Cate, JHD (2007) Un bloc de sterica in traducere cauzate de spectinomicina ACS Chem. Biol, 2, 545-52.

Borovinskaya, MA, Pai, RD, Zhang, W., Schuwirth, BS, Holton, JM, Hirokawa, G., Kaji, H., Kaji, A. si Cate, JHD (2007) baza structurale pentru inhibarea aminoglicozide a ribozomului bacterian reciclare Nat.. Struct. Mol. Biol, 14., 727-32.

Berk, V., Zhang, W., Pai, RD si Cate, JHD (2006) baza structurale pentru messenger ARN-ului si ARN de transfer de pozitionare pe ribozomului. PNAS 103, 15830-4.

Schuwirth, BS, Ziua, JM, Hau, CW, Janssen, GR, Dahlberg, AE, Cate, JHD ^† si Vila-Sanjurjo, A. (2006) Analiza structurala a inhibarii kasugamicina de traducere. Nat. Struct. Mol. Biol, 13., 879-86.

Colon-Ramos, DA, Shenvi, CL, Weitzel, DH, Gan, CE, Matt, R., Cate, J si Kornbluth., S. (2006) obligatorii directe ribozomale de catre un inhibitor celular de traducere. Nat. Struct. Mol. Biol 13,. 103-111.

Shenvi, CL, Dong, KC, Friedman, EM, Hanson, JA si Cate, JHD. (2005) Accesibilitatea de 18S ARNr 40S umane in subunitati si ribozomi 80S la concentratii fiziologice de ioni de magneziu-Implicatii pentru studiul dinamicii ribozomului. ARN, 11, 1898-908.

Liau, A., Karnik, R., Majumdar, A. si Cate, JHD. (2005) Amestecarea solutii de aglomerat biologice in milisecunde. Analytical Chemistry, 77, 7618-25.

Schuwirth, BS, Borovinskaya, MA, Hau, CW, Zhang, W., Vila-Sanjurjo, A., Holton, JM si Cate, JHD (2005) Structuri ale ribozomului bacterian la nivelul de 3,5 rezolutie Stiinta 310,827-834.