Source: http://portal.mytum.de/pressestelle/pressemitteilungen/news_article.2010-10-27.5640304556

Genomica structurale accelerează determinarea structurii proteinelor

Vezi în canalul anion SLAC1

27.10.2010,  Comunicate de presă 

Membrana de proteine ​​sunt de o importanţă imensă biologice şi farmaceutice. Dar până acum nu există doar o mână de cazuri în care structura de exacte ar putea fi determinată cu succes. Oamenii de stiinta de la Universitatea Columbia, New York, şi Technische Universitaet München (UTM) au reuşit acum cu succes în elaborarea structura unui canal de ioni de important prin analiza de proteine ​​conexe. Numarul curent al revistei Nature rapoartele cu privire la constatările lor.

Proteinele sunt masini moleculare care substanţele de transport, cataliza reactii chimice, ioni pompă, şi identificarea substanţelor de semnalizare. Ele sunt lanţuri de aminoacizi şi secvenţa individuale de aminoacizi este cunoscut pentru multi dintre ei. Cu toate acestea, funcţiile o proteina poate efectua în interiorul celulei sunt determinate de structura tridimensionala spatiala a proteinelor. Stabilirea acestei structuri aşa-numitul terţiar, prezinta o mare provocare pentru oamenii de ştiinţă. Există, astfel, o multime de capturare până să se facă în analiza structura. Pentru a împinge progres, Institutul National de Stiinte Medicale Generale (NIGMS) din Statele Unite ale Americii National Institutes of Health (NIH), a investit peste 500 de milioane de dolari în acest domeniu în ultimii zece ani, ca parte a iniţiativei Structura proteine ​​cu speranţa de a face progrese semnificative în medicină şi cercetare biologică.

Informatica profesor Burkhard Rost şi Marco Punta, Carl von Linde Junior Fellow la Institutul pentru Studii Avansate (IAS) din München TU, sunt implicate în acest proiect pe scară largă. Ele sunt afiliate cu consorţiul New York, pe structura de proteină de membrană (NYCOMPS), care este printre noua centre de cercetare finanţate de membrană. Oamenii de stiinta au NYCOMPS a pus un accent deosebit pe proteine ​​membrana. Asta se datorează faptului că acestea joacă un rol-cheie în domeniul cercetării farmacologice. Atunci când un agent de farmaceutice intră în celulă, în mod normal, se interacţionează mai întâi cu proteine ​​membrana. Cunoaşterea structurii proteinelor este esenţială pentru înţelegerea acestei interacţiuni la nivel molecular.

Cu toate acestea, în cazul acestor proteine ​​membrana foarte important, descifrarea experimental structura terţiar este deosebit de dificilă. De exemplu, producţia recombinantă de proteine ​​membrana mulţi este o provocare majoră şi de purificare şi de cristalizare sunt, de asemenea, paşi dificil. Rezultatul: cu toate că în jurul valorii de 25 la suta din toate proteinele sunt proteine ​​membrana, ele reprezintă mai puţin de unu la suta din numarul total de proteine ​​cu structuri cunoscute. Structuri proteice cu membrană sunt subreprezentate, astfel, de 25 de ori. Având în vedere relevanţa lor medicale, acestea ar trebui să fie mult mai bine cunoscute.

De la analiza experimentala a unei proteine ​​membrana poate dura pana la cativa ani, oamenii de stiinta NYCOMPS aplicat o strategie de bioinformatica, modelarea aşa-numite omologie. Ipoteza de bază a acestei strategii este că proteinele cu predecesorii comună evolutiv seamănă unul cu altul, în secvenţe de aminoacizi, precum şi în cele trei-dimensionale structura. În cazul în care structura de una dintre proteinele aferente poate fi determinată experimental, cele rămase pot fi prezise.

În cazul TehA bacteriene proteină de membrană acestea ar putea aduce toate piesele puzzle-ului impreuna. "Într-o procedură de screening am cautat pentru proteine ​​membrana TeHA legate prin compararea zeci de mii de secvente de aminoacizi. Folosind un proces de selecţie mai multe etape, am ales 43 din 38 de proteine ​​diferite organisme, ", spune computationala UTM biolog Marco Punta.

Oamenii de stiinta de la Universitatea Columbia acum a reuşit în determinarea experimental structura terţiară a TehA proteine ​​membrana bacteriei Haemophilus influenzae cu ajutorul X-cristalografie cu raze. Cu o rezoluţie de 0,12 nanometri (1,2 Angstrom), această structură este printre cele mai bune structuri de cristal obţinut vreodată pentru o proteină de membrană. În plus, experimentul nutrea o surpriza: proteină de membrană are o TehA ori până acum în întregime necunoscut.

Dupa ce sa stiti ca "familia TehA," oamenii de stiinta de la Universitatea Columbia a reuşit, în care decurg structurile de proteine ​​individuale. În special, au modelat structura SLAC1 proteine ​​vegetale membrană. Comparând această a structurii proteinelor din TehA derivate experimental, acestea ar putea construi un model structural pentru SLAC1 - în întregime fără experimentare, folosind doar metode de bioinformatica.

"Prin această procedură ne propunem de a avea o mare tranzitată structură determinarea ratei. determinarea mai multe structuri de proteine ​​într-un timp mai scurt - care a fost scopul nostru, în special pentru proteine ​​membrana. Rezultatele de la mână arată că această strategie poate lucra pentru proteine ​​membrana, de asemenea, ", spune Burkhard Rost.

În cele din urmă, structurile tridimensionale sunt determinate să identifice funcţia de proteine ​​cu ajutorul testelor de mutagenitate. Deşi membrana de proteine ​​TehA şi SLAC1 sunt doar rudă îndepărtată - a suprapunerii de secventa de aminoacizi este doar 19 la suta - structura terţiară a prezis SLAC1 a fost atat de buna incat o noua ipoteza cu privire la funcţia de proteine ​​membrana SLAC1 ar putea fi invocate.

SLAC1 se găseşte în stomatele de Arabidopsis thaliana plantelor. Stomatele de control de schimb de vapori de apă şi dioxid de carbon între plante şi mediul său. Acest lucru este foarte important in fotosinteza. Proteină de membrană SLAC1 joaca un rol in acest proces, precum şi, ca parte a canalului anioni: Aceasta influenţează presiunea turgor - presiunea lichidului de celule pe perete celular - şi, astfel, schimbul de gaze al celulei de plante ca o reacţie la influenţele de mediu, cum ar fi ariditate şi de înaltă concentraţie de dioxid de carbon.

SLAC1 canale anion sunt în totalitate noi în structura şi, aparent, în mecanismul de conductanţă de ioni. Porilor SLAC1 are un diametru relativ uniform, ci în mijlocul blocuri Fenilalanină grup de cale. Rezultatele sugereaza faptul ca acest aminoacid este avansat la distanţă atunci când canal de ioni este activat prin legarea de o proteină declanşare.

Publicarea:

Chen Y.-H. et al. Structura omolog canalului de anioni SLAC1 pentru închiderea stomatelor în Nature frunze 467: 1074-1080, 2010 - DOI: 10.1038/nature09487

Contact:

Contact: presse@tum.de

Mai multe informaţii

http://www.nycomps.org