Proteïne shapeshifter

Proteïnen zijn simpele lijnen van aminozuren, samengepakt door instructies die door de genen geleverd worden, en dan geplooid in hun unieke driedimensionale structuren door de natuurlijke processen van solvent exclusie, hydrogene-gebonden formatie en electrostatica. In het post-genome tijdperk, is het identificeren en begrijpen van de functies van tertiaire structuren van proteïnen, één van de belangrijkste focuspunten geworden van het

Maar wat als het hele concept van proteïne plooiing gebouwd is op een misvatting? Wat als, in plaats van gezet te worden van in het begin, de vorm en de structuur van proteïnen, flexibel zou zijn?

Onderzoekers aan het “Medical College of Wisconsin” in Milwaukee menen te geloven bewijs te hebben dat een dergelijke veronderstelling kan ondersteunen. Hun resultaten suggereren dat het immuunsysteem proteïne, lymfotactin, zijn vorm snel kan veranderen, tot 10 keer per seconde – tussen 2 totaal niet-gerelateerde structuren, elk met een unieke rol in de bescherming van het lichaam.

Het team, Brian Volkman, Robbyn Tuinstra, en Francis Peterson, verstrekken details over hun resultaten in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences, en suggereren dat ze een fundamenteel concept van de biochemie wijzigen dat het eerst geconstateerd werd in de jaren 1960. Belangrijker, dan het omkeren van de verkregen wijsheid, daarentegen, is dat het werk kan leiden tot nieuwe inzichten in hoe andere proteïnen van vorm kunnen veranderen. Proteïne misplooiing wordt verondersteld plaats te vinden in vele ziektes zoals Alzheimer, Parkinson, Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS), de spongiform encefalopathie (Creutzfeldt-Jakob, dollekoeienziekte, scrapie) en vele types van kanker.

"We gebruiken een spectrometer uitgerust met cryoprobe 600 MHz Bruker NMR voor het werk," vertelde Volkman aan SpectroscopyNOW, "We gebruiken NMR in 3 overduidelijke aspecten van de studie. Eerst, gebruikten we routine 3D NMR methodes en isotoop gefilterde 3D NOESY metingen om de 3D structuur van het alternatief op te lossen, dimerische lymfotactin configuratie die aanhecht aan de extracellulaire matrix, " legt hij uit. In een vroegere studie, had het team de NMR structuur van lymfotactin opgelost in de configuratie die lijkt op andere leden van de chemokine familie. Ten tweede gebruikten ze 2D 15N uitwisseling NMR om direct aan te tonen dat de 2 configuraties interfereren met een ratio van ongeveer 10 keer per seconde.

"Ten derde voerden we uit wat men een 'NMR co-precipitatie assay' zou kunnen noemen, analoog aan een co-immunoprecipitatie van GST pulldown assay. In dit experiment, aanschouwden we het 2D NMR spectrum van een mengeling van de 2 lymfotactin structuren en toonden we aan dat heparin (het cel-oppervlakte carbohydraat dat lymfotactin en andere chemokines samenbindt in de endotheliale muur) enkel aansloot bij de nieuwe, non-chemokine-achtige configuratie. Omdat dit heparin-lymfotactin complex onoplosbaar is, verdwenen de NMR signalen voor deze structuur, alleen het NMR spectrum van de andere configuratie overlatend, die ene die witte bloedcellen aantrekt.”

De onderzoekers gebruikten ook fluorescentie spectroscopie (door het gebruik van een PTI spectrofluorometer) om de interferentie tussen de 2 configuraties te bekijken gebaseerd op wijzigingen in de intensiteit en de golflengte van de intrinsieke tryptophan sidechain fluorescentie emissie.

"Terwijl onze ontdekking meer vragen doet oprijzen over het proteïne plooiing enigma, hopen we dat het intenser onderzoek genereert om meer te leren over de complexe processen van deze verschrikkelijke ziektes, “ legt team leader Volkman uit, een associate professor in de biochemie aan MCW.

De onderzoekers vonden dat menselijke lymfotactin, een regulatieve proteïne vrijgegeven door het immuunsysteem witte bloedcellen aantrekt en activeert, en dat het op een natuurlijke manier bestaat in twee specifieke structuren. De nieuwe geïdentificeerde vorm had geen gelijkenis met enig ander gekende proteïne, zeggen de onderzoekers. Ze toonden ook aan dat elke vorm een unieke rol heeft, één voegt zich aan de binnenwand van de bloedvaten, en de andere reikt zich uit om witte bloedcellen te grijpen. Dit impliceert dat een conversie van de ene lymfotactin structuur naar de andere, hoogst waarschijnlijk essentieel is voor zijn activatie, legt Volkman uit.

"Proteïnen hebben dikwijls verschillende functionele statussen, die nauw gerelateerd zijn aan enkelvoudige structuren, " zegt hij, "In zijn natuurlijke staat, daarentegen, vonden we dat lymfotactin twee gelijk bevolkte maar niet-gerelateerde structuren adopteert die snel van de éne in de andere veranderen."

Vertaling: Joke Mulleners

Bron: ALS Independence