Proteine übernehmen die schwere Arbeit bei der Ausführung biochemischer Funktionen in unserem Körper, indem sie sich an Metaboliten oder andere Proteine binden, um Aufgaben zu erledigen. Um dies erfolgreich zu erreichen, verändern Proteinmoleküle häufig ihre Form, um spezifische Bindungswechselwirkungen zu ermöglichen, die für die Durchführung komplexer, präziser chemischer Prozesse erforderlich sind.
Ein besseres Verständnis der Formen, die Proteine annehmen, würde den Forschern wichtige Erkenntnisse zum Stoppen oder Behandeln von Krankheiten liefern, doch aktuelle Methoden zur Aufdeckung dieser dynamischen, dreidimensionalen Formen bieten Wissenschaftlern nur begrenzte Informationen. Um diese Wissenslücke zu schließen, hat ein Team des Advanced Science Research Center am CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) ein Experiment entworfen, um zu testen, ob die Durchführung einer Röntgenkristallographie-Bildgebung bei erhöhter Temperatur im Vergleich zu erhöhtem Druck unterschiedliche Formen erkennen lässt.
Die Ergebnisse Die Arbeit des Teams erscheint im Journal Kommunikationsbiologie.
„Proteinstrukturen sitzen nicht still; sie wechseln zwischen mehreren ähnlichen Formen, ähnlich wie ein Tänzer“, sagte der Hauptforscher der Studie, Daniel Keedy, Ph.D., Professor an der Structural Biology Initiative des CUNY ASRC und Professor für Chemie und Biochemie am City College of New York und am CUNY Graduate Center.
„Bedauerlicherweise offenbaren bestehende Ansätze zur Betrachtung von Proteinen nur eine Form oder deuten auf das Vorhandensein mehrerer Formen hin, ohne spezifische Details bereitzustellen. Wir wollten sehen, ob uns verschiedene Arten, ein Protein anzufassen, uns einen detaillierteren Einblick in seine Formveränderung verschaffen könnten.“ .“
Für ihr Experiment erhielt das Team Kristalle von STEP, auch bekannt als PTPN5 – einem Arzneimittelzielprotein zur Behandlung verschiedener Krankheiten, einschließlich Alzheimer – und bewegte sie entweder unter hohem Druck (2.000-facher Erdatmosphärendruck) oder bei hoher Temperatur (Körpertemperatur). Temperatur), die sich beide stark von typischen Kristallographieexperimenten bei Atmosphärendruck und kryogener Temperatur (-280 F, -173 C) unterscheiden.
Die Forscher untersuchten die Proben mittels Röntgenkristallographie und stellten fest, dass hohe Temperatur und hoher Druck unterschiedliche Auswirkungen auf das Protein hatten und unterschiedliche Formen erkennen ließen.
Während hoher Druck kein Zustand ist, dem Proteine im Körper ausgesetzt sind, sagte Keedy, dass die Rührmethode verschiedene Strukturzustände des Proteins offengelegt habe, die für seine Aktivität in menschlichen Zellen relevant sein könnten.
„Die Fähigkeit, Störungen wie Hitze und Druck zu nutzen, um diese verschiedenen Zustände aufzuklären, könnte Arzneimittelentwicklern Werkzeuge an die Hand geben, mit denen sie bestimmen können, wie sie ein Protein in einer bestimmten Form einfangen können, indem sie ein niedermolekulares Arzneimittel verwenden, um seine Funktion zu verringern“, fügte Keedy hinzu.
Mehr Informationen:
Auf die Spitze getrieben: deutliche Auswirkungen von hoher Temperatur gegenüber Druck auf die Struktur von STEP, Kommunikationsbiologie (2024). DOI: 10.1038/s42003-023-05609-0