Las técnicas de rayos X y microscopía electrónica ayudan a desarrollar la historia de las chaperonas de proteínas.
Una combinación de cristalografía de rayos X y microscopía crioelectrónica cryo-EM ayudó en un esfuerzo de colaboración para obtener la estructura de más alta resolución de la proteína fúngica Hsp104, que puede servir para dificultar la formación de ciertas enfermedades degenerativas.El equipo, cuyos miembros incluían investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, también verificó una estructura helicoidal para los hexámeros formados por proteínas, una vez que se creía plana. Los resultados se publicaron en línea en la edición del 27 de diciembre de 2018 de Estructura .
Hsp104 es una proteína hexamérica AAA + conocida como chaperona, que ayuda en los procesos de plegamiento natural de proteínas para la función celular adecuada. Más importante, quizás, esta clase de hexámeros puede reparar proteínas mal plegadas o agregadas que pueden conducir a anormalidades causadas por proteínascomo neurodegeneración.
Las variantes de estas chaperonas son comunes entre los organismos multicelulares, pero Hsp104 no tiene homólogo entre humanos y otros animales. Si bien es más robusto que las chaperonas derivadas de humanos que pueden fallar bajo estrés celular, se ha observado que Hsp104 pliega proteínas humanas.
"Hicimos algunos experimentos en los que expresamos proteínas humanas en la levadura, lo que enferma a la levadura porque se agregan. Pero si expresas Hsp104, la del hongo Calcarisporiella thermophila , protege a la levadura de esta enfermedad de agregación ", dijo el becario distinguido ArgonneAndrzej Joachimiak.
Joachimiak trabajó con un equipo compuesto por investigadores de Argonne, la Universidad de Chicago, la Universidad de Stanford y la Universidad de Pensilvania para comprender mejor la estructura y la función de Hsp104.
El equipo recurrió a Advanced Photon Source de Argonne, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE, para analizar la estructura de la proteína mediante cristalografía de rayos X. Examinaron 30 muestras diferentes, incluidas 14 chaperonas Hsp104 de diferentes fuentes. En este proceso, una solael cristal se sumergió en nitrógeno líquido y se sometió a rayos X duros a partir de los cuales se recogieron los patrones de difracción y se reconstruyó la estructura. Solo la proteína del Calcarisporiella hongo difractado a una alta resolución, señaló Joachimiak.
Para comprender mejor la relación estructural de la proteína dentro de una célula viva, luego recurrieron a una investigación de la proteína en solución. Las muestras se examinaron mediante microscopía electrónica en la Universidad de Chicago y luego se enviaron a la Universidad de Stanford, donde se recolectaron microscopios crioelectrónicoslos datos moleculares de alta resolución necesarios para determinar la estructura a través del cálculo complejo. Al igual que con la investigación de cristales, el Calcarisporiella la muestra proporcionó la mejor resolución
Ahora armado con la resolución más alta de Hsp104 tanto en forma de cristal como en solución, el equipo pudo hacer determinaciones previamente desconocidas o inciertas sobre las características y comportamientos de la proteína.
Antes del descubrimiento del equipo, los biólogos creían que Hsp104 soportaba cinco dominios, secciones independientes de la proteína que cumplen funciones específicas. Pero las nuevas estructuras de alta fidelidad no solo revelaron solo cuatro dominios, sino una imagen más clara de cómo se relacionan con cada unootro.
Se cree que el dominio N terminal, por ejemplo, se une a una proteína mal plegada y la ayuda a desplegarse en forma lineal. Esto le permite pasar a través de un canal central estrecho en el hexámero creado por dos AAA ATPasas asociadas con varias célulasDominios de actividades. La proteína es guiada, o translocada, a través de este canal al otro lado del hexámero, donde ahora tiene una nueva oportunidad de plegarse correctamente.
"La gente afirmó anteriormente que otro, el dominio terminal C, era esencial para la formación del hexámero, pero hemos demostrado que esto no es cierto", dijo Joachimiak. "No interactúa con otras subunidades, pero puede funcionarcomo área de acoplamiento para otras chaperonas para ayudar a replegar las proteínas ".
Otro hallazgo clave ayudó a cambiar la creencia desde hace mucho tiempo de que los hexámeros de Hsp104 eran planos. Ambos métodos de investigación demostraron inequívocamente que son helicoidales, ayudando a los investigadores a comprender cómo la chaperona forma el canal de "reparación".
El equipo planea continuar la exploración de las muchas y variadas chaperonas que existen fuera del genoma humano. Creen que estas chaperonas pueden servir como una estrategia terapéutica con el potencial de desentrañar literalmente proteínas que pueden conducir a enfermedades graves.
"Es posible que existan otras chaperonas que sean mejores que las nuestras y que puedan tratar proteínas que se agregan en el cerebro y causan enfermedades", dijo Joachimiak. "Eso sería realmente fantástico".
El documento, "Estructura de Calcarisporiella thermophila La desagregación de Hsp104 que antagoniza diversos eventos de plegamiento proteotóxico, "aparece en la edición en línea del 27 de diciembre de la revista Estructura . Además de Joachimiak, la investigadora de Argonne Karolina Michalska contribuyó a este estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :