Élucidation du comportement d'IDP sur les membranes serrées

Associate Prof. Ashok Deniz THOUGHT LEADERS SERIES...insight from the world’s leading experts

Une entrevue avec le professeur agrégé Ashok Deniz a conduit avant avril Cashin-Garbutt, MAMANS (Cantab)

Quelles sont les protéines intrinsèquement désordonnées (IDPs) et pourquoi elles sont devenus un sujet important de recherche ?

L'IDPs sont des protéines qui contiennent les extensions de la séquence des acides aminés qui sont flexibles et ne comportent pas la structure stable en isolation. C'est contrairement à une vue plus traditionnelle des protéines en tant qu'en grande partie occupation d'une structure indigène stable qui marque avec des fonctionnements tels que l'activité enzymatique ou le grippement.

En effet, beaucoup d'études antérieures sur des systèmes plus complexes ont fonctionné avec des éléments contenant des troncatures pour retirer des régions désordonnées de la protéine pour faciliter études cristallographiques ou autres structurelles.

On l'identifie de plus en plus qu'en fait une importante fraction des protéomes codent le trouble, et que la biophysique spéciale de ces molécules joue des rôles majeurs dans la fonction cellulaire et la panne.

L'IDPs sont impliqué dans un grand choix de fonctionnements comprenant comme des moyeux de signalisation, des éléments polyvalents d'interaction, des lieurs passifs ou actifs, et des balais entropiques. Les travaux récents prouvent également que les faibles interactions polyvalentes par IDPs sont importantes en formation et dynamique des granules membraneless qui sont importantes dans la fonction cellulaire. Elles sont également liées aux maladies comprenant les maladies neurodegenerative (Parkinson et Alzheimer), le cancer et le diabète.

L'importance de ces protéines a résulté en intérêt considérable des communautés de biophysique et de biologie. Puisque la souplesse de ces protéines les rend également dures pour étudier suivre des méthodes structurelles traditionnelles de biologie, le développement et l'application des méthodes ou des analyses neuves (telles que l'unique-molécule expérimente dans notre laboratoire) est également une ligne de travail importante dans le domaine.

Protéine d

L'alpha-synuclein est-il un exemple important d'un IDP ? Combien a été précédemment connu à son sujet ?

L'Alpha-synuclein est un exemple important d'un IDP qui a été étudié bien considérable pendant plusieurs années. Il a été impliqué dans les fonctions cellulaires, y compris concerner vésicules synaptiques et autres, et également lié à la maladie de Parkinson.

Un de ses aspects biophysiques intéressants est qu'il représente un de plusieurs IDPs qui se plient lors de gripper aux associés tels que des membranes.

Le pliage associé par associé est particulièrement intéressant en ce qui concerne le pliage permutable et le fonctionnement ou le misfunction conséquent, avec gripper pouvant pousser même le système dans plus d'une forme fois.

Pouvez-vous s'il vous plaît donner une synthèse de votre étude récente qui a vérifié comment l'alpha-synuclein se comporte quand la membrane est serrée ?

Tandis que beaucoup de travail sur la biophysique de protéine est effectué dans la solution assez diluée, les cellules ont des fortes concentrations de macromolécules qui peuvent reprendre la chambre et « serrez » la solution. Beaucoup de travail a été effectué sur se serrer dans trois cotes, avec une idée étant que l'encombrement peut avoir en stabilisant plus de formes compactes des protéines.

protéines de surafce de membrane de plasma

Une question intéressante qui se pose est ce qui se produirait si la protéine avait à une une cote complémentaire « à échapper ». Nous pensons que nous avons découvert juste un tel cas tout en étudiant l'influence d'une petite protéine Hsp27 de choc de la chaleur sur le grippement de membrane et du pliage du l'alpha-synuclein.

Nos résultats indiquent que l'encombrement sur (la 2-D) surface d'une membrane peut fournir des couches neuves de complexité conformationnelle membrane-en grippant l'IDPs. Ils ajoutent également une illustration intéressante des forces des méthodes d'unique-molécule pour sonder directement la complexité mécaniste dans des systèmes biologiques.

Quelles étaient vos découvertes principales et avez-vous été étonné par le comportement d'alpha-synuclein's ?

M. Priya Banerjee, un goujon-Doc. dans le laboratoire, était intéressé par la biophysique et le fonctionnement d'une petite protéine Hsp27 de choc de la chaleur. Notre ensemble initial de découvertes pour le système a indiqué que Hsp27 a empêché l'alpha-synuclein grippant aux membranes, par lui-même grippant et bloquant la surface de la membrane.

À une inspection plus proche cependant, les caractéristiques d'inhibition ont étonnant dévié de nos attentes basées sur des simulations d'un modèle mathématique simple du procédé ci-dessus. Par conséquent, un étudiant de troisième cycle Mahdi Moosa et M. Banerjee a creusé plus profond dans le système, et a constaté que le modèle simple a en fait fonctionné, si nous examinions séparé l'inhibition Hsp27 du grippement de deux différentes pièces de la région hélicoïdale d'alpha-synuclein, qui a eu différentes affinités obligatoires très différentes.

Les résultats ont également indiqué que celle la combinaison des effets des deux pièces dans la protéine intégrale était ayant pour résultat l'écart observé. Basé sur ces observations, nous avons prévu que pour l'alpha-synuclein intégral, Hsp27 pourrait serrer la membrane et forcer la formation d'une condition « cachée » du l'alpha-synuclein, qui n'est pas très peuplé dans des conditions vides. Par conséquent, dans la pièce principale finale du travail, pour vérifier ce modèle, nous avons conçu et avons effectué les expériences de FRETTE d'unique-molécule, qui ont directement indiqué la condition cachée.

Quels fonctionnements pensez-vous ce comportement pourriez-vous exécuter ?

Le déclarer structurel alternatif que nous avons découvert pourrait avoir modifié le grippement et la fonctionnalité en aval. En particulier, le segment du l'alpha-synuclein qui renverse hors de la surface pourrait agir l'un sur l'autre avec d'autres protéines en solution, les portant plus près de la membrane pour d'autres fonctionnements.

Plus généralement, une telle altération de structure par l'encombrement sur des membranes pourrait avoir comme conséquence des interactions modifiées et autre fonctionne les deux sur la membrane et en solution.

L'autre IDPs que sont lié à la membrane cellulaire susceptible sont-ils de se comporter également de cette façon ?

La base et les mathématiques conceptuelles du 2-D modèle de encombrement sont générales. On le sait que les membranes cellulaires sont les objectifs serrés. Supplémentaire, gripper des beaucoup IDPs s'avère modulaire. Par conséquent, de tels effets de encombrement sont susceptibles d'être importants dans l'autre IDPs qui grippent aux membranes et d'avoir comme conséquence les bases mécanistes neuves pour leurs fonctionnements réglables.

Votre recherche a-t-elle indiqué des informations sur le rôle du l'alpha-synuclein dans la maladie de Parkinson ?

Les propriétés et les interactions conformationnelles (totalisation y compris et avec des membranes) du l'alpha-synuclein ont été liées à la maladie de Parkinson. Par conséquent, alors que pas une partie de notre papier actuel, notre compréhension neuve des facteurs qui peuvent ajuster la complexité en biophysique d'alpha-synuclein pourrait être appropriée pour son rôle en palladium.

Quelles sont les prochaines opérations dans votre recherche ?

Nos résultats ouvrent quelques lignes de recherche.

Dans le système d'alpha-synuclein-membrane, une prochaine opération est de comprendre comment les effets de encombrement observés sont modifiés par des changements de la composition de lipide des membranes ou des modifications goujon-de translation, qui sont biologiquement importantes.

De plus, la possibilité de gripper d'un associé complémentaire à la région de N-terminal dans la condition cachée et le fonctionnement en aval d'alpha-synuclein peut être explorée. En outre, nous serions intéressés par des effets de encombrement les explorant dans l'autre IDPs membrane-grippant.

Vu le problème trois corps de la physique, la prolonge de deux à trois fuselages de interaction augmente énormément la complexité. De même, notre papier actuel indique comment un système de interaction de trois-composante dans la biologie peut avoir des conséquences intéressantes et compliquées. Cette idée peut être étendue aux composantes de interaction complémentaires aux échelles moléculaires et plus grandes, qui se produisent en cellules.

Du côté de méthodologie, nous avions travaillé aux extensions de la FRETTE d'unique-molécule aux couleurs multiples, utiles pour étudier de telles interactions à plusieurs éléments. À plus grande échelle, nous avons la FRETTE utilisée récemment d'unique-molécule dans des études initiales visant pour comprendre les caractéristiques structurelles de protéine dans des gouttelettes de protéine. Ces gouttelettes sont constituées par séparation de phase, un procédé maintenant pensé pour être importantes dans la formation de plusieurs organelles cellulaires membraneless telles que le nucleolus et les granularités laser nucléaires. Les études de ces gouttelettes et organelles est un endroit d'intérêt à forte intensité.

En conclusion, nous sommes également intéressés à d'autres aspects de complexité biologique. Ceux-ci comprennent la réaction des systèmes de protéine aux stimulus compliqués d'entrée, vu important que les cellules sont des systèmes de non-équilibre.

Nous avons récent exploré le comportement passe-bas d'un système se pliant modèle (voir le Polinkovsky et autres ci-dessous). Nous sommes intéressés à comprendre comment de tels stimulus complexes affectent les systèmes à plusieurs éléments et serrés, de nouveau avec la pertinence avec la physique de la cellule.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

  • Notre article récemment publié : Le PB de Banerjee, le Moosa, le millimètre et le Deniz aa, « encombrement de bi-dimensionnel découvre une conformation cachée d'alpha-synuclein », 2016) 55:12789 d'Angew Chem international Ed Angleterre (; http://dx.doi.org/10.1002/anie.201606963 ; PMID : 27612332
  • Site Web de laboratoire : http://www.scripps.edu/deniz
  • Révision générale d'IDP : PE et Dyson HJ de Wright, « protéines intrinsèquement désordonnées dans la signalisation cellulaire et règlement », 2015) 16h18 national de Rev Mol Cell Biol (; http://dx.doi.org/10.1038/nrm3920 ; PMID : 25531225
  • études d'Unique-molécule d'IDPs et de complexité de protéine : CR de Lee T, de Moran-Gutiérrez et Deniz aa, « trouble de protéine et complexité de sondage à la définition d'unique-molécule », 37:26 de biol de révélateur de cellules de Semin 2015) (; http://dx.doi.org/10.1016/j.semcdb.2014.09.027
  • Cet article discute le comportement moléculaire de filtre passe-bas mentionné ci-dessus : Polinkovsky MOI, P.R. de Gambin Y, de Banerjee, justification militaire d'Erickstad, Groisman A et Deniz aa, 17:5737 national de Commun « de festivités de dynamique biomoléculaire de refroidissement ultra-rapide de micro-seconde-écaille » 2014) (; http://dx.doi.org/10.1038/ncomms6737

Au sujet du professeur agrégé Ashok Deniz

Ashok DenizProf. Ashok Deniz a gagné son degré de Ph.D. en chimie (organique matériel) de l'Université de Chicago. Il avait l'habitude des méthodes saines et spectroscopiques d'étudier les caractéristiques thermo-dynamiques et cinétiques des molécules organiques mécaniste-importantes mais très de courte durée.

Il a alors commencé le travail post-doctoral à l'Université de Californie, Berkeley, où il était impliqué dans les développements précoces dans le domaine de FRETTE d'unique-molécule. Il a joint la faculté du The Scripps Research Institute en 2000, où il a déterminé un programme de biophysique d'unique-molécule.

Ashok et son laboratoire ont été impliqués dans le développement et les applications biophysiques des outils d'unique-molécule, avec une orientation sur la FRETTE et des combinaisons avec la biologie de microfluidics et de produit chimique. Les applications ont compris des études mécanistes du repliement des protéines et de la biophysique du trouble de protéine.

Les sens récents d'intérêt comprennent la dynamique moléculaire de sondage de non-équilibre complexe, et les études s'étendantes à de plus grands ensembles moléculaires comme pendant la séparation de phase (d'importance pour les organelles cellulaires sans membrane).

De façon générale, l'objectif général du laboratoire de Deniz est d'utiliser les outils nouveaux pour découvrir et comprendre les principes matériels et chimiques prévisionnels qui sont à la base de la biologie des protéines et d'autres biomolécules.

April Cashin-Garbutt

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April Cashin-Garbutt

April graduated with a first-class honours degree in Natural Sciences from Pembroke College, University of Cambridge. During her time as Editor-in-Chief, News-Medical (2012-2017), she kickstarted the content production process and helped to grow the website readership to over 60 million visitors per year. Through interviewing global thought leaders in medicine and life sciences, including Nobel laureates, April developed a passion for neuroscience and now works at the Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour, located within UCL.

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