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I ricercatori usano la magia-angolo-filatura RMN per rivelare la struttura della proteina del Cappuccio-Gly

Un'ingraticciatura dei tubi minuscoli chiamati microtubuli dà alle vostre celle la loro forma ed egualmente agisce come un binario ferroviario su cui le proteine essenziali viaggiano. Ma se c'è un impulso errato nella connessione fra il treno ed il cingolo, le malattie possono accadere.

Negli atti dell'Accademia nazionale delle scienze, Tatyana Polenova, professore di chimica e della biochimica ed il suo gruppo all'università di Delaware, insieme a John C. Williams, professore associato all'istituto di ricerca di Beckman della città di speranza in Duarte, la California, rivela per la prima volta -- atomo dall'atomo -- la struttura di una di queste proteine limita ad un microtubulo.

La proteina del fuoco, il Cappuccio-Gly, short per “dei i domini ricchi di proteina citoscheletro-associati,„ è una componente del dynactin, che lega con il dynein della proteina del motore per muovere i carichi delle proteine essenziali lungo i cingoli del microtubulo. Le mutazioni in Cappuccio-Gly sono state collegate a tali malattie neurologiche e disordini come la sindrome di Perry e la distrofia muscolare bulbare spinale distale.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato la spettrometria a risonanza magnetica nucleare difilatura (RMN) nel dipartimento di chimica e della biochimica a UD per rivelare la struttura della proteina del Cappuccio-Gly montata sui microtubuli polimerizzati. La proteina del Cappuccio-Gly ha 1.329 atomi ed ogni dimero della tubulina, che è una particella elementare per i microtubuli, ha quasi 14.000 atomi.

“Questo è la prima volta chiunque ha potuto ottenere una struttura di atomico-risoluzione di tutta la proteina microtubulo-associata montata sui microtubuli polimerizzati,„ Polenova dice. “Con la magia-angolo-filatura RMN, possiamo esaminare la struttura di questo ed altri montaggi dei microtubuli e delle loro proteine associate e guadagnare le comprensioni critiche nella loro funzione e dinamica come pure cominciamo a riunire le bugne quanto a come le mutazioni causano la malattia.„

In questa tecnica, un campione è collocato nel piccolo, rotore del tipo di metropolitana RMN, che poi è filato dentro il magnete RMN ad angolo di 54,74 gradi -- ha chiamato “l'angolo magico„ perché sopprime gli atomi dall'interazione magneticamente.

Il risultato è un'impronta digitale ad alta definizione della proteina, un grafico delle centinaia di picchi che rappresentano le frequenze di due o più atomi d'interazione. Questi dati poi sono usati per calcolare le strutture 3-D.

Le strutture 3-D del Cappuccio-Gly, che mostrano la disposizione spaziale degli atomi nella molecola di proteina, sono differenti fra lo stato libero della proteina ed il suo stato rilegato al microtubulo. Queste strutture rivelano come la proteina interagisce con i microtubuli, principalmente con le sue regioni del ciclo, che adottano le conformazioni specifiche sopra l'associazione.

Tuttavia, le strutture statiche del Cappuccio-Gly non raccontano la storia completa circa la proteina.

“Appena poichè stiamo muovendo sempre le nostri armi e cosciotti circa, le proteine sono molto dinamiche. Non stanno fermo,„ Polenova dice. “Questi moti sono essenziali alla loro funzione biologica e la spettroscopia RMN è la sola tecnica che può registrare tali movimenti, con risoluzione atomica, su varie cronologie genealogiche, a partire dai picosecondi alle cronologie genealogiche arbitrariamente lunghe -- secondi, giorni, settimane -- per aiutarci a capire la funzione della proteina. Sappiamo dai nostri studi priori che il Cappuccio-Gly è dinamico sulle scale cronologiche da nano ai millisecondi e questa mobilità è essenziale affinchè la capacità della proteina interagisca con i microtubuli e con il multiplo altri partner dell'associazione.„

La ricerca, che è stata in corso dal 2008 quando i primi insiemi di dati sono stati raccolti, ha richiesto lo sviluppo di nuovi protocolli per la preparazione i campioni, i nuovi esperimenti RMN riunire le varie informazioni sulla struttura e della dinamica e nuovi protocolli per analisi di dati.

In futuro, Polenova ed il suo gruppo prevedono usando RMN congiuntamente a microscopia dell'cryo-elettrone, in cui i campioni sono studiati ad estremamente - basse temperature, tipicamente inferiore a 200 gradi di Fahrenheit, per esaminare ancor più sistemi complessi in un modulo altamente conservato.

Source:

University of Delaware