勞倫斯伯克利國家實驗室和斯克里普斯研究所的科學家團隊已確定的WRN的重要組成部分,保護人類過早衰老和癌症的一種蛋白質,晶體結構和分子機制。
當 WRN基因是有缺陷的結果是沃納氏綜合症,一種罕見的遺傳性疾病,沒有症狀,直到青春期,但很快就導致快速老化。從二十多歲的,受害人有可能成為白內障,脫髮,皮膚起皺,骨質疏鬆症,動脈硬化,Ⅱ型糖尿病的折磨,許多人患上癌症患者,大多數死於 50歲。了解如何WRN蛋白的正常工作,以維持基因組的完整性,可能會導致癌症和與年齡有關的病症的治療的新形式。
“我們在WRN特別感興趣的原因之一是因為沃納綜合徵的過早老化的疾病,在兒童出生時正常,沒有疾病的跡象顯示,直到成年早期之間的不尋常的,說:”伯克利實驗室生命科學部的史蒂文Yannone。 “這給我們一個明確區分老齡化發展中的缺陷的更好的機會。”
“我們要研究的蛋白質本身,因為它是唯一的,說:”傑夫斯克里普斯研究所的分子生物學和化學生物學研究所斯卡格斯部佩里,前伯克利實驗室,誰領導與 Yannone研究。 “警告屬於一個名為 RecQ解旋酶的酶家族” - 其中有五個在人類基因組,表演,在DNA複製,重組和修復的重要功能 - “,但在這個家庭中,只有WRN加上一個解旋酶功能和核酸的功能相同的蛋白質內。“
打開了DNA的雙螺旋解旋酶,而核酸酶降解DNA鏈中的一個或兩個,修復錯誤和校對的DNA序列,這兩個操作是至關重要的。 WRN的部分之一,是一種外切酶,這從一個 DNA鏈年底開始工作。佩里和Yannone和他們的同事決定是WRN外切酶結構域(WRN出)的結構,並顯示如何酶的功能在一系列特定的DNA修復事件。他們的研究結果將很快出現在“自然結構和分子生物學,現在在網上提供。
研究小組的所有成員在SBDR計劃的參與者(DNA修復機的結構細胞生物學),由國家癌症研究所贊助。斯克里普斯研究所的教授,為化學生物學斯卡格斯研究所的成員,並在伯克利實驗室的訪問學者,約翰 Tainer,SBDR的主要研究者。聯合首席研究員梁美芬庫珀,在伯克利實驗室生命科學部的分子生物學系主任。
Tainer說,“WRN蛋白的外切酶結構域是一個最好的例子就是我們 SBDR稱之為”主鍵,“結構,除其他事項外,許多不同的修復途徑敞開大門。WRN參與修復雙鏈斷裂單鏈斷裂,複製叉路口,甚至DNA - RNA雙鏈。一種蛋白質是如何知道如何互動,在如此眾多的的不同進程,如果我們能理解這種獨特的蛋白質工程,我們將有一個關鍵如何使所有這些途徑在人類的工作。“
庫珀說,“理解的,WRN的結構和它執行其多種功能防止衰老和癌症一個的問題那種我們設計的SBDR方案來解決完美的例子之間的關係。隨著 21 15機構,SBDR的目標調查是為了獲得進入,保持基因組的完整性,通過運用一系列的實驗技術的分子機器的基本見解“。
研究WRN是霍頓勞倫和千春瞳斯克里普斯研究所,Aroumougame Asaithamby和得克薩斯大學西南醫學中心的大衛陳,並 Seungil輝瑞公司Asaithamby,韓韓,和陳 SBDR團隊的其他成員是前成員伯克利實驗室;陳是SBDR計劃的高級成員。
結構體中的功能
傑夫佩里是在結構生物學方面的專家,包括X射線晶體學,和史蒂夫Yannone在生物化學專業的專業知識兩種解決 WRN的奧秘是必不可少的。研究人員開始興建,從重組 DNA,已知有外切酶活性的蛋白質的一部分。
“首先,我們必須找出蛋白質序列的核酸外切酶的區域內,”佩里說。下一步是發展這個外切酶結構域的晶體。 “只有我們逐步取消的10個晶體的最後 - 在確定結構的關鍵一步 - 的工作,所以它是一個懸崖衣架位。”
伯克利實驗室的先進光源,確定如何WRN出被折疊的研究人員利用X射線晶體學光束線 5.0.2和8.3.1。折疊結構顯示,WRN -出屬於一個家庭在參與維持基因組完整性的核酸,DnaQ家庭,其中有一個漫長的進化歷史和發現,古菌,細菌和病毒,以及較高的植物和動物。事實上,WRN - EXO是家庭的結構已經確定在人類的第一個成員。
較大的WRN蛋白的結構被稱為是幾個單獨的副本WRN內置。要確定如何個人 WRN出單位可能作為一個複雜的工作,研究人員從植物,擬南芥(“鼠耳水芹”)借入同樣 DnaQ蛋白質折疊,用作模板可能高階結構。其結果是一環六WRN核酸外切酶域,它們的結合和催化的網站面向包圍的DNA向內,恰到好處的大小,周圍的DNA雙螺旋滑。