Composés dynamiques de Indication de protéine avec RMN : une entrevue avec Elisar Barbar

Prof. Elisar BarbarTHOUGHT LEADERS SERIES...insight from the world’s leading experts

Pouvez-vous Veuillez donner une synthèse de vos intérêts de recherches ?

Dans mon laboratoire, nous nous concentrons sur la structure, l'assemblage et le règlement de compréhension du réseau de l'interaction de protéines LC8, le choix d'interactions LC8 avec les divers associés qui affectent des fonctions cellulaires multiples dans des systèmes biomédicaux.

La Plupart Des protéines sont concernées dans les interactions d'un ou quelque ligands fonctionnels, mais quelques protéines, comme le réseau léger 8 (LC8), ont de nombreux associés obligatoires. LC8 agit l'un sur l'autre avec plus de 100 protéines fonctionellement différentes, des protéines virales aux protéines de moteur aux protéines concernées dans la division cellulaire.

Interactions de LC8-IDP | Protéine RMN dans une Ère Neuve de la Recherche Biomédicale d'AZoNetwork sur Vimeo.

Tandis Que les protéines de LC8-binding ont beaucoup de différents fonctionnements, nous avons proposé qu'ils tous partagent un trait commun, à savoir, tous sont des membres d'une classe relativement neuve des protéines, des protéines intrinsèquement désordonnées souvent appelées ou de l'IDPs, qui manquent - entièrement ou partiellement - d'une structure tertiaire stable. L'IDPs ne se plient pas dans un déclarer indigène fortement bourré qui des présents un ou quelque sites actifs particulièrement disposés pour gripper d'une protéine ou de tout autre substrat. Au Lieu De Cela, les conformations de inter-conversion multiples d'échantillon d'IDPs qui ont des divers niveaux de trouble, et un sous-ensemble de ces derniers peuvent gripper particulièrement à plusieurs autres protéines pliées.

La qualité intrinsèque, ou les inhérents, des attributs d'IDPs sont qu'elles sont désordonnées avant qu'elles grippent une protéine d'associé, elles maintiennent un certain degré de trouble après qu'elles grippent, et le trouble est un aspect important de leur fonctionnement. Ce Qui est spécial au sujet de LC8, une protéine qui est essentielle à la durée de vie de la cellule, est qu'elle grippe les protéines désordonnées et négocie leur dimérisation. Être un dimère lui-même, LC8 grippe deux réseaux d'une protéine désordonnée et les réunit pour former un échafaudage duplex sur lequel d'autres protéines se réunissent avec une affinité plus élevée que quand elles grippent un IDP monomérique.

Combien important est RMN dans votre travail, et quelles indemnités fournit-il au-dessus d'autres techniques analytiques ?

Pour caractériser les caractéristiques techniques importantes d'un duplex de LC8-IDP, nous avons besoin d'une description de niveau atomique de sa structure. Les techniques disponibles pour la caractérisation de la structure de haute résolution telle que la cristallographie de Rayon X ou la microscopie de cryo-électron exigent une protéine stable avec une seule conformation. Elles ne sont pas adaptées à la caractérisation des composés concernant les protéines intrinsèquement désordonnées. Pour nos études, RMN est supérieure aux autres techniques parce que les régions RMN de moniteurs du trouble dans de grands composés multimoléculaires.

lc8-rotate-faster [5]Nous pouvons recenser et caractériser des conformations variées échantillonnés en protéines désordonnées et recenser les modifications conformationnelles qui accompagnent le grippement, au site de gripper et, d'une manière primordiale, aux sites éloignés de gripper. Dans des échafaudages de duplex de LC8-IDP, quelques régions désordonnées forment la structure évoluée, et nous pouvons recenser ces régions par RMN.

Pouvez-vous Veuillez donner un exemple de votre recherche dans un associé LC8 ?

Un associé LC8 est le réseau intermédiaire de dynein (IC), une protéine du moteur de dynein, un grand composé dont le rôle dans la cellule est de déménager la cargaison moléculaire d'une place à l'autre. Il y a eu de recherche fascinante faite sur la façon dont ce composé déménage le long des microtubules. Mais nous sommes intéressés par une région différente de dynein, celle qui se verrouille sur la cargaison - demandons-nous ce qui détermine où la cargaison grippe au composé, ce qui règle quand cette cargaison déménage et finalement comment/pourquoi le composé relâche la cargaison quand il atteint sa destination ?

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Un aspect intéressant de ce procédé est qu'il y a des protéines supplémentaires qui grippent le dynein et dirigent, ou le règlent, grippement de cargaison et, comme LC8, grippage de ces protéines à une région désordonnée d'IC, lui effectuant un hub de l'activité de réglementation de cargaison. C'est où RMN entre - cette région désordonnée peut seulement être étudiée utilisant RMN. Quand une protéine de réglementation grippe le composé, nous utilisons RMN non seulement pour recenser les régions particulières d'une protéine désordonnée qui agissent l'un sur l'autre avec la protéine de réglementation, mais pour surveiller également les changements conformationnels des régions qui maintiennent le trouble dans le composé.

Ainsi, la région désordonnée est importante parce que c'est où les régulateurs grippent le dynein et lui indiquent quelle cargaison à transporter et quand la déménager.  Parmi les régulateurs qui grippent ce domaine sont les protéines associées avec la Maladie de Huntington ou l'arriération mentale, systèmes avec des implications biomédicales importantes.

Que votre recherche a-t-elle affiché ?

Nous avons prouvé qu'un domaine principal d'IC de dynein qui est central au fonctionnement de dynein est intrinsèquement désordonné. Ce grand domaine d'environ 300 acides aminés est le site du réseau intermédiaire de dynein/assemblage réseau léger, et la région à laquelle beaucoup de protéines de réglementation de cargaison grippent.

Nous avons affiché à des cas où gripper à un site dans le long réseau désordonné modifie le grippement d'une protéine de régulateur à un site éloigné sur le même réseau désordonné. Un changement de la séquence des acides aminés dans une région désordonnée peut déterminer si une protéine grippe ou ne grippe pas à une région désordonnée complet différente.  Ainsi, une mutation génétique qui affecte la séquence protéique dans une région désordonnée peut affecter le grippement à un site éloigné, et effectue une différence qualitative dans la fonction cellulaire.

Ceci peut être la base moléculaire de quelques maladies.  Nous effectuons les expériences RMN qui nous indiquent quels résidus d'acide aminé spécifique, ou mutations, sont associés avec un fonctionnement essentiel de cellules. Si une maladie est tracée de nouveau à la perte de ce fonctionnement de cellules, cette connaissance structurelle moléculaire peut mener à une demande de règlement de la maladie.

Une Autre caractéristique intéressante du trouble dans le réseau intermédiaire de dynein est son effet sur des différences tissu-particulières tels que les mêmes travaux de protéine différemment dans le cerveau que dans des muscles.  La seule différence entre le cerveau contre l'IC de muscle est la longueur des éditeurs de liens désordonnés. Pour déterminer pourquoi une petite augmentation de la longueur d'un éditeur de liens désordonné détermine ce que se produit dans le cerveau relatif ce qui se produit en tissus de muscles, nous exigeons des techniques de niveau atomiques.

Nos données impliquent cela qui change la longueur d'une région désordonnée peuvent exercer un grand effet sur la population des structures passagères qui déterminent comment cette protéine se comporte, bien que la séquence du reste de la protéine désordonnée n'ait pas été modifiée. Quoiqu'il y ait de belles structures récentes de Rayon X et de microscopie électronique de cryo de ce composé, elles ne répondent pas à cette question parce que la structure désordonnée n'est pas évidente dans ces images.

Les éditeurs de liens Désordonnés sont également les sites des événements de phosphorylation qui déterminent le fonctionnement des protéines. Nous avons prouvé que la phosphorylation dans un éditeur de liens désordonné peut affecter le grippement à un site désordonné éloigné en changeant les conformations d'une famille des structures passagères et interconverting.  Nous ne voyons pas conformations mise en marche/arrêt de ` des' mais plutôt une variation dynamique dans un choix de conformations relatives.  C'est un type de biologie structurelle que nous pouvons observer seulement avec RMN.

Comment ces composés ont-ils été traditionnellement étudiés et pourquoi est RMN si utile dans vos études ?

Ces grands composés ont été traditionnellement étudiés par la cristallographie de Rayon X ou la microscopie de cryo-électron mais les régions du trouble sont silencieuses en cristallographie. Puisqu'elle est désordonnée, nous voyons tout excepté cette région, un problème si c'est où nous voulons étudier l'activité moléculaire.

Ceci illustre pourquoi RMN est utile : le trouble limite l'utilisation de la microscopie électronique ou de la cristallographie, mais peut être caractérisé utilisant RMN. Vous pouvez recenser les séquences qui sont désordonnées, puis déterminez exact que les acides aminés désordonnés grippent une autre protéine et quand/pourquoi un régulateur grippe alors qu'un un autre ne fait pas.

Par exemple, dans une protéine de virus avec une région désordonnée qui grippe LC8, si LC8 ne grippe pas cette protéine, le virus détruit sa capacité de produire des infections de pathogène. RMN peut recenser les accepteurs dans ces régions et potentiellement recenser les médicaments qui gênent l'interaction de protéines de LC8-virus.

Jusqu'ici J'ai parlé d'à quel point beau RMN est et de comment c'est la technique qui enregistre des changements des résidus d'acide aminé spécifique en protéines désordonnées. Tandis Que c'est vrai, il y a bien quelques défis à l'utilisation RMN sur les protéines désordonnées, avec les protéines pliées. Avec les protéines désordonnées, vous remarquez la dispersion maximale très limitée dans les Spectres rmn. Vous avez également des conformations multiples il est difficile trier qu'et qui peuvent avoir comme conséquence l'échange élargissant, signifiant que les crêtes disparaissent en spectre. Mais crête RMN élargissant avant que la disparition puisse également nous indiquer au sujet des propriétés conformationnelles des régions désordonnées pendant qu'elles commencent à agir l'un sur l'autre avec LC8 et d'autres protéines.

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Combien importante est la science fondamentale à produire des demandes de règlement pour les maladies ? Votre recherche se concentre-t-elle sur une maladie particulière ?

Nous nous concentrons sur la science fondamentale qui recense les processus moléculaires qui ont un rôle essentiel en cellules. Notre objectif est de comprendre des fonctions cellulaires principales des composés de protéine de LC8-IDP dans des systèmes biomédicaux.   Alors nous pouvons nous appliquer ce que nous comprenons dans une arène plus grande qui comprend comment une maladie perturbe les fonctionnements principaux des duplex de LC8-IDP.  Ceci consécutivement peut mener à la façon dont cette maladie pourrait par traité par les médicaments qui évitent l'interruption.

Relation étroite des Plusieurs maladies dans nos études de l'IC désordonné de dynein où les régulateurs grippent le dynein et lui indiquent quelle cargaison à transporter et quand la déménager.  Parmi les régulateurs qui grippent ce domaine sont les protéines associées avec la Maladie de Huntington ou l'arriération mentale.

Nous étudions d'autres duplex de LC8-IDP, non associés avec le dynein, qui sont également concernés dans les interactions de beaucoup de protéines.  Les Exemples comprennent les pores nucléaires, qui exigent LC8 pour leur assemblage et certains viraux infection tels qu'Ebola et le virus de la rage.

Par exemple, dans le virus de la rage il y a une interaction de LC8-IDP que nous regardons maintenant avec une protéine de virus. L'interaction de cette protéine avec LC8 effectue la différence entre si des souris infectées avec le virus sous tension ou meurt. Un petit mais changement essentiel de cette interaction détermine si le virus est mortel dans les mammifères.

Quelles sont vos pensées sur le financement pour RMN aux USA et l'Europe ?

Pendant une année sur sabbatique en l'Allemagne et France, J'étais très chanceux pour avoir accès à la zone élevée superbe 900+ NMRs. J'ai été étonné à combien financement là coûte pour l'instrumentation RMN en Europe.

En Europe ils n'ont pas un instrument dans chaque laboratoire mais ont plutôt des instruments dans les installations centrales. Ces installations ont des gestionnaires qui atteignent à l'extérieur aux utilisateurs et fournissent l'aide et les compétences, permettant les gens qui peuvent normalement ne pas avoir accès à RMN la capacité d'utiliser l'instrument.

En Outre, elles sont très bonnes dans des activités d'outreach aux communautés et aux lycées, les mettant au courant d'importance de la science fondamentale.  J'ai examiné des propositions par les chercheurs Européens qui proposent des expériences de la science fondamentale sans devoir le lier à la maladie parce que la science fondamentale est considérée assez importante.

Aux USA, elle semble qu'il y a plus de poussée pour lier la recherche à un remède de la maladie plutôt qu'à promouvoir notre compréhension de la science fondamentale qui sert de fondation au développement des remèdes. Et nous manquons des types d'installations centralisées que l'Europe a. J'étais heureux d'aboutir des efforts pour attirer le financement fédéral pour des 800 Mhz ici à la Condition de l'Orégon en produisant une installation qui entretiendra des chercheurs dans notre région.

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Beaucoup de chercheurs veulent utiliser RMN une fois qu'ils ont accès à un instrument, à des peuples qualifiés le faisant fonctionner et à un peuple comme je qui sont enthousiaste au sujet de le rendre accessible. Quand ceci se produit, l'alimentation électrique de RMN devient apparente aux chercheurs dans beaucoup de disciplines.

Que pensez-vous les futures prises pour la recherche de protéine utilisant RMN ?

Je pense que ce sont des périodes très passionnantes pour la recherche RMN et RMN-basée sur les protéines désordonnées. Nous essayons de pousser l'enveloppe dans les genres d'assemblages de questions que nous posons concernant grand, complexes et dynamiques de protéine. Nous demandons à des questions qu'il y a quelques années étaient seulement un rêve à cause de la difficulté de fonctionner avec les composés désordonnés de protéine.

Maintenant, nous avons les avancements considérables dans des domaines plus élevés, les cryoprobes qui permettent la collecte des informations sur les échantillons dilués, les séquences de pouls qui permettent la collecte des informations dans cinq cotes (et ainsi diminuez la superposition maximale) et les techniques de calcul qui se servent seulement des données RMN clairsemées.

Avec les avancements RMN, nous avons des élans créatifs neufs à la préparation courante des composés des protéines désordonnées, et des approches multidisciplinaires améliorées.  Ensemble ceci nous positionne pour effectuer à ces rêves plus d'une réalité.

En résumé, RMN est une technique puissante parce qu'elle peut surveiller dans de grandes régions désordonnées de composés du trouble et régions d'interaction, et recense quels acides aminés sont concernés dans les interactions. Que l'information peut être employée pour recenser des changements de structure au site de gripper et également à un site éloigné et s'il y a d'auto-association. Vous ne pouvez pas n'obtenir ces informations sur les protéines désordonnées utilisant aucune autre technique.

Au Sujet d'Elisar Barbar

Je suis un professeur au Service de Biochimie et la Biophysique à l'Université de l'État d'Orégon et à mon outil principal est RMN. La recherche dans mon laboratoire est concentrée sur de grands composés macromoléculaires dispensés autour d'un seul type d'échafaudage d'abord décrit par nous, un duplex constitué par l'association de la protéine pliée LC8 avec deux réseaux de la protéine entièrement ou partiellement désordonnée.

En expliquant qu'un échafaudage de duplex de LC8-containing est un composant central de nombreux systèmes cellulaires essentiels, nous nous sommes appliqués des techniques RMN à l'élucidation des rôles du trouble de protéine dans le fonctionnement de cellules.

Je suis heureux d'aboutir les efforts réussis récents à l'Université de l'État d'Orégon pour le financement des concessions importantes d'instrumentation pour des 800 Mhz multi-utilisateur RMN. L'instrument neuf sera la zone la plus élevée RMN en État de l'Oregon, supportera d'autres universités dans la région, stimule des projets de collaboration neufs, et, le plus crucialement, nous permettra de continuer à développer des approches novatrices vers indiquer comment les grands composés dynamiques de protéine fonctionnent.

Au Sujet de Bruker

Bruker est leader de marché dans des instruments de résonance magnétique analytiques comprenant RMN, TAUX DE PRESSION MOTEUR et imagerie par résonance magnétique préclinique (MRI). Le portefeuille de produits de Bruker dans le domaine de résonance magnétique comprend l'IRM RMN et préclinique, le TAUX DE PRESSION MOTEUR et le Temps-Domaine (TD) RMN. De plus.

Bruker fournit la plupart d'éventail complet du monde d'outils de recherches activant la recherche en matière des sciences de la vie, de science des matériaux, de chimie analytique, à régulation de processus et clinique. Bruker est également le principal aimant de supraconducteur et le constructeur ultra élevé d'électo-aimant de champ pour les solutions RMN et d'IRM.

Citations

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    Bruker BioSpin - NMR, EPR and Imaging. (2017, August 03). Composés dynamiques de Indication de protéine avec RMN : une entrevue avec Elisar Barbar. News-Medical. Retrieved on January 29, 2020 from https://www.news-medical.net/news/20160218/Revealing-dynamic-protein-complexes-with-NMR-an-interview-with-Elisar-Barbar.aspx.

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