«Мы обнаружили, что, вероятно, является общим механизмом, с помощью которого ВПЛ регулируют свою деятельность», — сказал профессор TSRI Питер Э. Райт, Сесил Х. и Ида М. Грин, исследователь биомедицинских исследований и член Института химической биологии Скаггса TSRI. . Райт был старшим исследователем исследования вместе с доцентом TSRI Ашоком А. Денизом.Исследование было сосредоточено на IDP, известном как аденовирус «онкобелок ранней области 1A» (E1A).
Аденовирус начинает производить копии E1A вскоре после заражения клетки. Белки E1A взаимодействуют с множеством ключевых клеточных молекул, чтобы быстро разрушить репликационный аппарат клетки на благо вируса.
Ссылки на болезньE1A стоит изучать не только потому, что он способствует заражению аденовирусом, но и потому, что это яркий пример IDP.
Такие белки часто играют огромную роль в клетках в качестве важнейших «молекулярных узлов» в очень крупных сетях взаимодействия белков. IDP также включают белки, которые связаны с основными заболеваниями, включая белок-супрессор опухолей p53, белок альфа-синуклеин при болезни Паркинсона и амилоидные белки бета и тау при болезни Альцгеймера.Простые, гибкие структуры IDP часто беспорядочно «липкие», что в принципе объясняет, почему у них может быть несколько молекулярных партнеров. Но ВПЛ не связываются волей-неволей с другими белками, и ученые задались вопросом, как они регулируют свои разнообразные взаимодействия.
Лаборатория Райта и другие исследователи изучают эти взаимодействия, используя метод, называемый спектроскопией ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Однако присущая E1A липкость означает, что он имеет тенденцию к агрегированию при благоприятных для ЯМР концентрациях, что делает этот метод анализа проблематичным. (Большинство белков, складываясь в сложные формы, эффективно маскируют свои более липкие части.)Чувствительная техника
Для нового исследования Райт и его коллеги обратились к Денизу, чья лаборатория специализируется на использовании чувствительных передовых методов для изучения динамики неупорядоченных белков и других биологических молекул. Один из этих методов, метод квантовой оптики, известный как одномолекулярный FRET, использует крошечную систему флуоресцентных маяков для регистрации расстояний между выбранными частями белка. Фактически, это позволяет исследователям в режиме реального времени отслеживать изменения формы E1A, описанные лабораторией Райта в более ранней работе, которые отмечают его быстрое связывание и разъединение с другими белками.
«Этот метод достаточно чувствителен, чтобы мы могли использовать его при чрезвычайно низких концентрациях белка, даже сосредоточив внимание на отдельных белках E1A, чтобы избежать потери информации, которая возникает при обычном усреднении результатов по нескольким белкам», — сказал Дениз.Докторанты Аллан Крис М. Ферреон и Жозефина С. Ферреон из лабораторий Дениза и Райта, соответственно, использовали метод FRET для одной молекулы, чтобы детализировать сильные стороны («аффинности»), с которыми E1A связывается с двумя из своих наиболее важных белковых партнеров. . Составив карту того, как эта аффинность связывания изменяется в разных условиях, они смогли получить ключевые сведения о том, как E1A управляет своими многочисленными взаимодействиями.
Достижение сложностиВо-первых, как и многие свернутые белки, E1A, оказывается, использует основной регуляторный механизм, называемый аллостерией: когда один белок-партнер связывается с одной частью структуры E1A, это изменяет способность другого основного сайта связывания на E1A связывать других партнеров.Для большинства белков, использующих аллостерию, это изменение делает связывание партнера на другом сайте более вероятным («положительная кооперативность»). Для меньшинства это снижает вероятность связывания партнера на другом сайте («отрицательная кооперативность»).
Но оказывается, что E1A обладает способностью либо к положительной, либо к отрицательной кооперативности между двумя своими основными областями связывания — в зависимости от того, занята ли третья часть белка. «Аллостерия сама по себе является механизмом для модуляции функций белка, и здесь мы показываем, что E1A переводит ее на другой уровень, модулируя аллостерию — фактически модулируя модуляцию», — сказала Жозефина Ферреон.Это открытие помогает объяснить, как E1A генерирует свою функциональную сложность и управляет ею — сложность, которая для вирусных белков кажется особенно необходимой, учитывая, насколько крошечные вирусные геномы по сравнению с геномами их животных-хозяев. Более того, некоторые из ключевых партнеров по связыванию E1A в инфицированных клетках сами являются IDP хаб-типа. «Итак, теперь вы увеличиваете сложность — и вы можете видеть, как белки, такие как E1A, могут так быстро достичь стольких результатов в клетке», — сказал Аллан Ферреон.Райт рассматривает это исследование как начало успешной линии исследований с использованием таких чувствительных методов, как FRET на одной молекуле. «Тот факт, что мы можем обойти обычные технические препятствия, связанные с IDP, и провести эти эксперименты с одной молекулой, действительно открывает возможности для изучения взаимодействия концентраторов IDP», — сказал он.
Дениз заключает: «Мы определенно собираемся изучать больше этих белков-концентраторов, и я думаю, что мы собираемся открыть другие фундаментальные принципы, с помощью которых они достигают сложных уровней биологической регуляции и функционирования».Исследование «Модуляция аллостерии внутренним нарушением белков» финансировалось Национальными институтами здравоохранения (гранты GM066833 и CA96865) и Институтом химической биологии Скаггса при TSRI.