Investigadores del Lawrence Berkeley National Lab Berkeley Lab y la Universidad de California, Berkeley han combinado la microscopía de crioelectrones de última generación cryo-EM con el modelado molecular computacional para producir un modelo de resolución atómica cercana de la interacción entre microtúbulos- componentes cruciales de la ultraestructura de células eucariotas - y proteínas asociadas a microtúbulos llamadas tau.
El modelo proporciona información sobre cómo tau estabiliza los microtúbulos, y qué lo disocia para formar agregados de tau, o "enredos", en algunas enfermedades neurológicas, incluida la enfermedad de Alzheimer, generalmente conocidas como tauopatías.
Los microtúbulos juegan un papel importante en el mantenimiento de la forma celular, permitiendo algunas formas de locomoción, facilitando el transporte intracelular y segregando los cromosomas durante la mitosis. Cada microtúbulo es un cilindro hueco compuesto por trece protofilamentos paralelos de proteína tubulina.
Tau ayuda a mantener los microtúbulos estables y los organiza en paquetes. Las mutaciones o modificaciones postraduccionales, como la hiperfosforilación, que reducen la afinidad de tau por los microtúbulos, se cree que contribuyen a la formación de enredos de tau.
El equipo, liderado por Eva Nogales, científica principal de la Facultad de Biofísica Molecular y División de Bioimagen Integrada MBIB en Berkeley Lab y un investigador y profesor del Instituto Médico Howard Hughes en UC Berkeley, usó cryo-EM para obtener imágenes completas de los nativos.longitud tau adulta unida a microtúbulos con una resolución general de 4.1 A? Mostraron que la tau se adhiere longitudinalmente a lo largo de la cresta de los filamentos de tubulina, un hallazgo consistente con un estudio previo de crio-EM de baja resolución.
Tau es una proteína intrínsecamente desordenada que incluye un dominio de proyección, una región de unión a microtúbulos de cuatro repeticiones de secuencia imperfectas y un dominio terminal C. Tubulina es un dímero, lo que significa un par de polipéptidos estrechamente relacionados, en este casoα-tubulina y β-tubulina. Los dímeros de tubulina se unen o polimerizan de la cabeza a la cola para formar los protofilamentos que forman los microtúbulos.
"Dada la extensa literatura sobre su falta de estructura regular, no estábamos seguros de que la tau realmente formaría interacciones ordenadas con la tubulina", dijo Elizabeth Kellogg, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Nogales y coautora del artículo que presentatrabajo, publicado el 10 de mayo en la revista ciencia .
Para probar hipótesis sobre qué residuos de tau están involucrados en la unión a la tubulina, crearon construcciones de tau sintéticas con regiones de unión de microtúbulos compuestas por cuatro repeticiones idénticas e hicieron una imagen de las unidas a los microtúbulos también resolución general 3.2 - 3.9 Å.Simon Poepsel, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Nogales, había trabajado con la forma amiloide de tau como estudiante de posgrado y fue instrumental en la purificación y preparación de las muestras para cryo-EM.
"Cuando finalmente pudimos ver la longitud de una repetición de tau y ver que tenía una estructura definida y un sitio de unión, nos dimos cuenta de que la tau en realidad estaba formando interacciones específicas con la superficie de la tubulina", dijo Kellogg. "Cuandopudimos conciliar que con la duración de una repetición y la información de secuencia que teníamos, era la clave que necesitábamos para descubrir cómo mejorar las reconstrucciones lo suficiente como para permitir el modelado atómico ".
El equipo luego recurrió a Rosetta, un conjunto integral de herramientas de modelado computacional para predecir las estructuras atómicas tridimensionales de macromoléculas a partir de la información de la secuencia de aminoácidos, basada en la conformación con el estado de energía más bajo. Los mapas crio-EM de alta resoluciónpermitió que el equipo pusiera restricciones en la forma general del complejo molecular, aumentando la fidelidad del modelo, explicó Nogales.
Frank DiMaio, profesor asociado en el departamento de bioquímica y el Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington, contribuyó con su experiencia trabajando con la plataforma Rosetta, particularmente la función de "ajuste a la densidad" utilizando datos de cryo-EM.
Las predicciones de la estructura de Rosetta para dos construcciones de tau sintéticas diferentes convergieron en la misma solución: un tramo principal de 27 residuos que abarca tres monómeros de tubulina ". El registro de secuencia idéntico y los detalles atómicos de dos mapas independientes subrayan la robustez de nuestra solución y proporcionan una alta confianzaen la precisión de nuestros modelos atómicos ", dijo Nogales.
"Nuestra estructura muestra cómo el contacto principal de tau con la superficie de los microtúbulos está en la interfaz entre las subunidades de tubulina, sirviendo como una 'engrapadora' para promover la asociación entre las subunidades de tubulina y explicando cómo tau promueve la estabilidad de los microtúbulos", dijo Kellogg. "La estructuratambién explica cómo la fosforilación de tau conduce a su disociación de los microtúbulos ".
Se ha observado que la fosforilación de la serina en la posición 262 conservada universalmente entre las repeticiones de tau atenúa la unión de los microtúbulos y es un marcador de la enfermedad de Alzheimer. El modelo muestra que la fosforilación en este punto de anclaje crucial interrumpiría la interacción entre tau y el microtúbulo ypor lo tanto, las "grapas se caen". También se identificaron residuos adicionales que son críticos para la unión de los microtúbulos tau.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :