Delucidamento del comportamento di IDP sulle membrane ammucchiate

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

Un'intervista con il professore associato Ashok Deniz ha condotto da ora ad aprile Cashin-Garbutt, il mA (Cantab)

Che cosa sono proteine intrinsecamente disordinate (IDPs) e perché essi si sono trasformati in in un argomento prominente della ricerca?

Il IDPs è proteine che contengono gli allungamenti della sequenza aminoacidica che sono flessibili e non comprendono la struttura stabile in isolamento. Ciò è contrariamente ad una visualizzazione più tradizionale delle proteine come in gran parte occupazione della struttura indigena stabile che correla con le funzioni quali attività dell'enzima o l'associazione.

Effettivamente, molti studi priori su più sistemi complessi hanno funzionato con le costruzioni che contengono i troncamenti per eliminare le regioni disordinate della proteina per facilitare studi cristallografici o altri strutturali.

Sempre più sta riconoscendo che in effetti una frazione importante dei proteomes codifica il disordine e che la biofisica speciale di queste molecole svolge i ruoli importanti nella funzione e nella disfunzione cellulari.

Il IDPs è compreso in varie funzioni compresi come hub di segnalazione, unità multivalent di interazione, linker dell'attivo o di passivo e spazzole entropiche. Il lavoro recente egualmente indica che le interazioni multivalent deboli dal IDPs sono importanti nella formazione e nella dinamica di granuli membraneless che sono importanti nella funzione cellulare. Egualmente sono collegati alle malattie compreso le malattie neurodegenerative (Parkinson ed Alzheimer), il cancro ed il diabete.

L'importanza di queste proteine è derivato nell'interesse sostanziale dalle comunità di biologia e della biofisica. Poiché la flessibilità di queste proteine egualmente le rende dure studiare facendo uso dei metodi strutturali tradizionali di biologia, lo sviluppo e l'applicazione di nuovi metodi o analisi (quale la unico molecola sperimenta nel nostro laboratorio) è egualmente una linea di lavoro importante nel campo.

Proteina dell

È l'alfa-synuclein un esempio importante di un IDP? Quanto precedentemente è stato conosciuto a questo proposito?

L'Alfa-synuclein è un esempio importante di un IDP che è stato studiato abbastanza estesamente per parecchi anni. È stata implicata nelle funzioni cellulari, compreso la coinvoluzione delle vescicole sinaptiche ed altre ed egualmente è stata collegata alla malattia del Parkinson.

Uno dei sui aspetti biofisici interessanti è che rappresenta uno dei parecchi IDPs che profilatura sopra l'associazione ai partner quali le membrane.

La piegatura associata partner è particolarmente interessante riguardo alla piegatura scambiabile e funzione o misfunction conseguente, con l'associazione che può anche spingere il sistema in più di un modulo volta.

Potete fare prego una generalità del vostro studio recente che ha studiato come l'alfa-synuclein si comporta quando la membrana è ammucchiata?

Mentre molto lavoro sulla biofisica della proteina è fatto nella soluzione diluita equo, le celle hanno alte concentrazioni di macromolecole che possono prendere la stanza e “ammucchi„ la soluzione. Molto lavoro è stato fatto sull'ammucchiatura in tre dimensioni, con un'idea che è che ammucchiare può provocare la stabilizzazione dei moduli più compatti delle proteine.

proteine del surafce della membrana di plasma

Una domanda interessante che si pone è che cosa accadrebbe se la proteina avesse una dimensione supplementare “da sfuggire a„. Pensiamo che abbiamo scoperto appena un tal caso mentre studiassimo l'influenza di piccola proteina Hsp27 di scossa del calore sull'associazione della membrana e della piegatura dell'alfa-synuclein.

I nostri risultati indicano che ammucchiare (sulla 2-D) superficie di una membrana può fornire i nuovi livelli di complessità conformazionale nel IDPs dell'membrana-associazione. Egualmente aggiungono un'illustrazione interessante delle resistenze dei metodi della unico molecola per direttamente il sondaggio della complessità meccanicistica nei sistemi biologici.

Che cosa erano i vostri risultati principali e siete stato sorpreso tramite comportamento dell'alfa-synuclein's?

Il Dott. Priya Banerjee, un post-documento in laboratorio, era interessato nella biofisica e nella funzione di piccola proteina Hsp27 di scossa del calore. Il nostro insieme iniziale dei risultati per il sistema ha indicato che Hsp27 ha inibito l'alfa-synuclein che lega alle membrane, da sè associazione e didascalia la superficie della membrana.

Su esame più vicino comunque, i dati di inibizione sorprendente hanno deviato dalle nostre aspettative basate sulle simulazioni di un modello matematico semplice del trattamento di cui sopra. Di conseguenza, un dottorando Mahdi Moosa ed il Dott. Banerjee ha scavato più profondo nel sistema ed ha trovato che il modello semplice in effetti ha funzionato, se esaminassimo esclusivamente l'inibizione Hsp27 dell'associazione di due diversi pezzi della regione elicoidale dell'alfa-synuclein, che ha avuta diverse affinità obbligatorie molto differenti.

I risultati egualmente hanno indicato che quella combinare gli effetti dei due pezzi nella proteina integrale era con conseguente deviazione osservata. Sulla base di queste osservazioni, abbiamo predetto che per l'alfa-synuclein integrale, Hsp27 potrebbe ammucchiare la membrana e forzare la formazione di stato “nascosto„ dell'alfa-synuclein, che molto non è popolata nelle circostanze uncrowded. Quindi, nel pezzo chiave definitivo del lavoro, verificare questo modello, abbiamo progettato ed effettuato gli esperimenti del CERCHIO della unico molecola, che direttamente hanno rivelato lo stato nascosto.

Che funzioni pensate questo comportamento potreste eseguire?

Lo stato strutturale alternativo che abbiamo scoperto potrebbe alterare l'associazione e la funzionalità a valle. In particolare, il segmento dell'alfa-synuclein che lancia fuori dalla superficie potrebbe interagire con altre proteine in soluzione, portandole più vicino alla membrana per ulteriori funzioni.

Più generalmente, tali alterazioni della struttura ammucchiando sulle membrane potrebbero provocare le interazioni alterate ed altra funziona entrambi sulla membrana e in soluzione.

È l'altro IDPs che sono limitati alla membrana cellulare probabile anche comportarsi in questo modo?

La base e la matematica concettuali del 2-D modello d'ammucchiatura sono generali. È conosciuto che le membrane cellulari sono oggetti ammucchiati. Ulteriormente, legare dei molti IDPs è trovato per essere modulare. Quindi, tali effetti d'ammucchiatura sono probabili essere importanti nell'altro IDPs che legano alle membrane e provocare le nuove basi meccanicistiche per le loro funzioni musicali.

La vostra ricerca ha rivelato dell'informazione sul ruolo dell'alfa-synuclein nella malattia del Parkinson?

I beni e le interazioni conformazionali (aggregazione compresa e con le membrane) dell'alfa-synuclein sono stati collegati alla malattia del Parkinson. Di conseguenza, mentre non la parte del nostro documento corrente, la nostra nuova comprensione dei fattori che possono sintonizzare la complessità in biofisica dell'alfa-synuclein potrebbe essere pertinente per il suo ruolo in palladio.

Che cosa sono i punti seguenti nella vostra ricerca?

I nostri risultati aprono alcune righe di ricerca.

Nel sistema della alfa-synuclein-membrana, un punto seguente è di capire come gli effetti d'ammucchiatura osservati sono alterati dai cambiamenti in composizione lipidica delle membrane o delle modifiche post-di traduzione, di cui tutt'e due sono biologicamente importanti.

Inoltre, la possibilità dell'associazione di un partner supplementare alla regione del N-terminale nello stato nascosto e nella funzione a valle dell'alfa-synuclein può essere esplorata. Inoltre, saremmo interessati negli effetti d'ammucchiatura d'esplorazione nell'altro IDPs dell'membrana-associazione.

Tenendo conto del problema dell'tre-organismo di fisica, l'estensione da due a tre organismi d'interazione enorme aumenta la complessità. Similmente, il nostro documento corrente rivela come un sistema d'interazione a tre componenti nella biologia può avere conseguenze interessanti e complicate. Questa idea può essere estendere alle componenti d'interazione supplementari ai disgaggi molecolari e più grandi, di cui tutt'e due si presentano in celle.

Dal lato di metodologia, stiamo lavorando alle estensioni del CERCHIO della unico molecola ai colori multipli, utili per lo studio delle tali interazioni a più componenti. Su vasta scala, abbiamo CERCHIO recentemente utilizzato della unico molecola negli studi iniziali miranti per capire le funzionalità strutturali della proteina nelle goccioline della proteina. Queste goccioline sono costituite dalla separazione di fase, un trattamento ora creduto per essere importanti nella formazione di parecchi organelli cellulari membraneless quali il nucleolo e le macchioline nucleari. Gli studi di questi goccioline ed organelli è un'area di interesse a corrente forte.

Per concludere, egualmente ci interessiamo ad altri aspetti di complessità biologica. Questi comprendono la risposta dei sistemi della proteina agli stimoli complicati dell'input, importante poichè le celle sono sistemi di non equilibrio.

Recentemente abbiamo esplorato il comportamento passa-basso di un sistema d'profilatura di modello (vedi Polinkovsky et al. sotto). Siamo interessati nella comprensione come tali stimoli complessi pregiudicano i sistemi a più componenti ed ammucchiati, ancora con la pertinenza con fisica della cella.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

  • Il nostro articolo appena pubblicato: Il PB di Banerjee, Moosa, il millimetro & Deniz aa, “ammucchiatura bidimensionale scopre una conformazione nascosta dell'alfa-synuclein„, 2016) 55:12789 di Angew Chem il Int Ed Inghilterra (; http://dx.doi.org/10.1002/anie.201606963; PMID: 27612332
  • Sito Web del laboratorio: http://www.scripps.edu/deniz
  • Rassegna generale di IDP: PE di Wright & Dyson HJ, “proteine intrinsecamente disordinate nella segnalazione cellulare e regolamento„, 2015) 16:18 nazionale di Rev Mol Cell Biol (; http://dx.doi.org/10.1038/nrm3920; PMID: 25531225
  • studi della Unico molecola sul IDPs e sulla complessità della proteina: CR di Lee T, di Moran-Gutierrez & Deniz aa, “disordine della proteina e complessità di sondaggio a risoluzione della unico molecola„, 37:26 di biol dello sviluppatore delle cellule di Semin 2015) (; http://dx.doi.org/10.1016/j.semcdb.2014.09.027
  • Questo documento discute il comportamento molecolare del filtro passa-basso detto precedentemente: Polinkovsky ME, Gambin Y, Banerjee PR, Erickstad MJ, Groisman A & Deniz aa, “raffreddamento ultraveloce revels 17:5737 nazionale di Commun di dinamica biomolecolare del microsecondo-disgaggio„ 2014) (; http://dx.doi.org/10.1038/ncomms6737

Circa il professore associato Ashok Deniz

Ashok DenizProf. Ashok Deniz utile la sua laurea di Ph.D. in (chimica organico fisico) dall'università di Chicago. Ha usato metodi sani e spettroscopici per studiare le funzionalità termodinamiche e cinetiche delle molecole organiche meccanicistico-importanti ma molto di breve durata.

Poi ha avviato il lavoro post-dottorato all'università di California, Berkeley, in cui è stato coinvolgere negli sviluppi iniziali nel campo del CERCHIO della unico molecola. Ha unito la facoltà del The Scripps Research Institute nel 2000, dove ha stabilito un programma della biofisica della unico molecola.

Ashok ed il suo laboratorio sono stati compresi nello sviluppo e nelle applicazioni biofisiche degli strumenti della unico molecola, con un fuoco sul CERCHIO e le combinazioni con biologia del prodotto chimico e di microfluidics. Le applicazioni hanno compreso gli studi meccanicistici su folding proteico e sulla biofisica di disordine della proteina.

Le direzioni recenti di interesse comprendono la dinamica molecolare di sondaggio di non equilibrio complesso e gli studi d'estensione alle più grandi installazioni molecolari quale durante la separazione di fase (di importanza con organelli cellulari senza membrana).

In generale, lo scopo generale del laboratorio di Deniz è di utilizzare gli strumenti novelli per scoprire e capire i principi fisici e chimici premonitori che sono alla base della biologia delle proteine e di altre biomolecole.

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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    Cashin-Garbutt, April. (2018, August 23). Delucidamento del comportamento di IDP sulle membrane ammucchiate. News-Medical. Retrieved on August 26, 2019 from https://www.news-medical.net/news/20161110/Elucidating-IDP-behaviour-on-crowded-membranes.aspx.

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