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PNAS:揭開分子伴侶的神秘面紗

日期:2013-06-26 09:24:32

科學家們將四種核磁共振技術結合起來,首次解析了兩個重要蛋白之間的關鍵相互作用。文章于六月二十四日發表在美國國家科學院院刊PNAS雜志上。

 

這項研究展示了分子伴侶與無序蛋白的結合過程,這樣的相互作用廣泛存在于生物界。分子伴侶能與較小的無序蛋白結合,并幫助它們形成特定的構象,這是保證蛋白正確折疊的重要機制。

 

研究人員對膠囊狀的細菌分子伴侶GroEL,和無序的β-淀粉樣蛋白(A-beta)進行研究,A-beta是阿爾茨海默癥中的核心蛋白。人們對這兩種蛋白都很熟悉,但并不清楚GroEL膠囊是如何開啟并捕獲目標的。

 

NMR能夠反映蛋白之間的相互作用及其動力學,但單一的NMR往往不能提供全面的信息。為此,美國國立衛生研究院NIH的研究人員將四種不同的NMR技術結合起來,成功解析了A-betaGroEL結合時的結構和動態。這項研究的資深作者是NIHMarius Clore,第一作者Nicolas Fawzi目前是布朗大學分子藥理學的助理教授。

 

研究人員發現,GroEL只在兩個疏水位點與A-beta結合,使較小的A-beta蛋白可以在多種構象間轉變。這兩個蛋白并沒有全程結合在一起,而是在不斷的解離和重新結合。事實上,A-beta會時不時地在GroEL的結合腔中跳躍。

 

“我們利用四種NMR獲得了豐富的信息,包括蛋白結合時的結構、蛋白解離/重新結合的頻率,以及蛋白在不同位點的活動,”Fawzi說。“研究顯示,A-beta在結合時并沒有形成特定的結構,而是保持著構象的靈活性?!?/SPAN>

 

研究人員指出,GroEL的這種松散方式,使它能夠結合多種不同的無序蛋白,同時也節省了能量。如果要在捕獲初期強迫蛋白形成特殊構象,就需要更多的能量,而這樣做并不劃算。

 

研究顯示,GroEL在初始結合后關閉,將目標蛋白完全裝入膠囊。此時,分子伴侶才會投入能量,促使蛋白以正確的方式折疊。

 

對于分子和結構生物學家來說,這種將NMR技術混合使用的方式,可以幫助他們闡明之前難以解析的相互作用。“這種方法可以為人們展示,更多大型蛋白機器的作用機制,不只是GroEL,”Fawzi說。

 


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