Катализираната динамика и агрегацијата на протеините ги регулира протеинските функции Макс Планк општество
Биокатализа
Сл. 1: Неактивната цистеинска протеаза AvrRpt2 од Pseudomonas syringae се активира со пептидил-пролил-цис/транс-изомераза ROC1 од Arabidopsis thaliana. Двата протеини формираат комплекси на Михаилис во кои AvrRpt2 е подлога за ROC1 и во кои каталитичкиот процес доведува до зголемување на стапката на реверзибилна cis/trans изомеризација на критичната пролил-пептидна врска.
Научниците предводени од Гунтер Фишер идентификуваа протеолитичка реакција во која треба да биде можно да се спореди зголемувањето на синџирот на динамика на неактивна протеаза со активирање на функцијата на протеазата во присуство на пептидна врска-цис/транс-Корелирај изомераза. Оваа реакција делува како сигнален пат за имунолошкиот одговор на растението на наезда со бактеријата Pseudomonas syringae познат Неактивната цистеинска протеаза AvrRpt2 се пренесува на растение, wallид на крес, преку систем на секреција тип III на бактериите Arabidopsis thaliana, шверцуван ROC1, прототипен пептидил-пролил-цис/транс-Изомераза во Арабидопсис, потоа ја активира протеолитичката функција на AvrRpt2 на таков начин што одредени отпорни протеини сега можат да станат ефективни (Сл. 1).
Сл. 2: Активирање на функцијата на протеазата на неактивната цистеинска протеаза AvrRpt2 од Pseudomonas syringae се постигнува со ROC1, прототипен циклофилин од Arabidopsis thaliana. Како што покажуваат HPLC профилите на реакционите мешавини, фрагментот AvrRpt272-255 (1,0 μM) може да ја раскине врската на пептидот Gly-Gly во флуорогениот олигопептид Abz-IEAPAFGGWy-NH2 (y = 3-нитотирозин) дури и за време на многу долга инкубација (255 часа) на собна температура не разделувајте (C). Само ROC1 (10 μM) е исто така неактивен (B). Меѓутоа, ако двата протеини се измешаат со олигопептидот во серијата инкубација, скоро целосната потрошувачка на подлогата може да се забележи по само неколку секунди (врв на 23,3 мин) (А). Двата производи за расцепување Abz-IEAPAFG-OH (врв во време на задржување од 17,2 мин; MW 822,9 g/mol; m/z 823,2) и и H-GWy-NH2 (врв во време на задржување од 15,2 min, MW 468,4 g/mol; m/z 469.1) резултираше од катализирана хидролиза на врската Gly-Gly. Прикажан е и врвот CypA.
Овие испитувања за прв пат докажуваат дека локалното зголемување на динамиката на главниот ланец може да предизвика протеин да ослободува претходно скриена способност, овде, онаа на протеолиза на подлогата. Во исто време станува јасно дека овој механизам игра улога не само во епруветата, туку и во живата клетка, на пр. B. во имунолошкиот одговор на растенијата на бактериски инфекции. Научниците во моментов се во процес на идентификување на пролинот одговорен за активирање на AvrRpt2 во неговата низа аминокиселини и добивање изјави за структурата и динамиката на релевантните комплекси на Михаилис преку студии за НМР (вработени: Корделија Шиен-Фишер, Кристијан Лике, Гинтер Јахреис).
Алцхајмерова болест
Алцхајмеровата болест е најчеста причина за деменција во Германија. Се претпоставува дека болеста се заснова на формирање на наслаги на влакнести протеини - таканаречени амилоидни фибрили. Кај Алцхајмеровата болест, овие влакна се составени од пептидот Aβ. Сепак, веројатно е дека не се фибрилите кои се одлучувачки предизвикувач на болеста, туку нивните структурни претходници, кои се јавуваат како средни фази во процесот на формирање. Во меѓувреме, беше можно да се изолираат различни од овие средни фази на склопување и да се испитаат нив биохемиски. Во електронските микрографии се гледаат и мали, сферични структури, т.н. олигомери, како и поголеми, влакнести состојби, кои се познати како протофибрили (Сл. 3). Покрај нивната морфолошка форма, сепак, прецизната молекуларна структура на овие меѓупроизводи останала скриена долго време. Заедно со работните групи во Магдебург, Лајпциг и Јена, Маркус Фендрих сега успеа да добие детален увид во структурата на овие олигомерни и протофибриларни посредници.
Електронски микроскопски слики на амилоидни фибрили (лево) и разни склопни посредници како протофибрили (средни) и олигомери (десно). Лентата за скалирање одговара на 200nm.
Работата на структурата на протофибриларните и олигомерните интермедијари беше овозможена со фактот дека различните средни фази може да се стабилизираат доволно долго со користење на соодветни процеси и со тоа да станат достапни за биофизичките методи на истражување Во случај на протофибриларни средни фази, ова беше постигнато преку порано откривање на случајност. Работната група откри дека фрагментот на антитела што го изолирал е во состојба да интервенира во одреден чекор во процесот на склопување и да спречи претворање на протофибриларните интермедијари во амилоидни фибрили. На овој начин, протофибрилите Аβ може да бидат подложени на подетална структурна истрага со употреба на таканаречена спектроскопија на нуклеарна магнетна резонанца во цврста состојба. Овој спектроскопски метод овозможува да се набудуваат одделни атоми во рамките на молекулата и нивната хемиска средина.
Фендрих и неговиот тим откриле кои структурни елементи ги стабилизираат средните фази на склопувањето и како тие се разликуваат едни од други и од амилоидни фибрили кај возрасни во различни средни фази. Откриено е дека меѓупроизводите - слични на амилоидните фибрили - имаат структура на β-лист, но дека ова е распоредено поинаку во споредба со подоцнежните фази на склопување. Идентификувањето на стабилизирачките елементи во амилоидните интермедијари е клучен предуслов за развој на насочени инхибитори кои спречуваат формирање на такви структури. Во тек работа, групата развива процеси базирани на пептиди за да интервенира во механизмот на формирање на невротоксични протеински структури. Првите резултати ветуваат и укажуваат на ефект на неутрализирање на токсичност. На долг рок, се надеваме дека ќе може да изведе нови нападни точки или целни структури за развој на терапија.
PDI-каперон и клиенти протеини
ERp46 е различен од ERp29 по тоа што може да изврши каталитичка функција при реакции на редокс. Во различни концентрации на гликоза, тој се изразува поинаку во cells-клетките на островчињата Лангерханс во ткивото на панкреасот и исто така може да послужи за контрола на сидолите на адипонектин. Разликата во својствата на врзување за ERp29 и ERp49 е очигледна во горенаведените библиотеки на пептиди. Од ова се заклучи дека ERp46 може да комуницира со ERp29 во две различни точки. Со цел подобро да се разберат овие интеракции молекуларно, третиот домен на ERp46 (домен а´) беше кристализиран. Во овој контекст интересно е тоа што кај глувците со недостаток на ERp29, ERp46 е регулиран и истовремено се засегнати и протеините кои го контролираат метаболизмот на масните киселини. За да ги тестираат овие односи, нокаут глувците ERp29 биле подложени на диета со многу маснотии и биле анализирани за нивната способност да земат гликоза од крвта (Сл. 4д) Додека глувците од див тип покажаа значително намален профил на навлегување, што е карактеристично за нетолеранцијата на глукоза кај дијабетес, значително подобрен профил се најде за нокаут-глувците ERp29 (П.