De structuur van het kritische kwaliteitscontrole-checkpoint-enzym dat toezicht houdt op de productie van duizenden uitgescheiden glycoproteïnen, is opgelost door een vruchtbare samenwerking bij Diamond Light Source. De studie, onlangs gepubliceerd in PNAS , ontdekte dat het enzym een ​​verrassende flexibiliteit had waardoor het zijn conformatie kon aanpassen en de glycoproteïnen van zijn cliënt kon vastgrijpen.

Glycoproteïnen zijn een overvloedig type eiwit waaraan suikers zijn gehecht die bekend staan ​​​​als glycanen. Om ervoor te zorgen dat glycoproteïnen correct worden gevouwen, ze moeten worden onderzocht door een kwaliteitscontrole-enzym dat bekend staat als UDP-glucose:glycoproteïne-glucosyltransferase (UGGT). ongelooflijk, het enzym heeft het vermogen om verkeerde vouwen te controleren en te detecteren in duizenden eiwitten van alle verschillende vormen en maten, maar het mechanisme van deze indrukwekkende prestatie moet nog worden onthuld. Dit belangrijke enzym is de afgelopen 25 jaar bestudeerd, maar de structuur ervan is iedereen ontgaan die er tot nu toe aan heeft gewerkt.

Aangetrokken tot de uitdaging, een gezamenlijke inspanning werd geleverd door academici aan de Universiteit van Oxford en de Nationale Onderzoeksraad van Italië, samen met het personeel van Diamond, om eindelijk de structuur te bepalen en het mysterie van dit raadselachtige enzym op te lossen. De structuur werd opgelost met behulp van de macromoleculaire kristallografie-bundellijn (I04-1) en cryo-elektronenmicroscopie (EM) in het ultramoderne Electron Bio-Imaging Center (eBIC), beide in Diamond.

Het team zag dat UGGT zeven subeenheden had in plaats van de vier die van de sequentie werden verwacht, en dat het erg flexibel was. Door deze eigenschappen kan het enzym zeer promiscue zijn, omdat het zijn conformatie zou kunnen aanpassen aan de eiwitten die het controleert. Deze fascinerende ontdekkingen zouden het ontwerp van nieuwe UGGT-remmers kunnen vergemakkelijken die de vouwing van virussen voor de behandeling van infecties zouden kunnen belemmeren of die actieve en toch vastgehouden eiwitten zouden kunnen afgeven om zeldzame aangeboren ziekten te behandelen.

ongrijpbaar enzym

Glycoproteïnen vormen een groot deel van het eiwitgehalte van cellen. De meeste uitgescheiden eiwitten zijn geglycosyleerd en zelfs virussen kapen dit pad om correct te worden gevouwen om hun infectie te verspreiden. De kritische regelaar van de vouwkwaliteit van glycoproteïnen is UGGT, een enzym van 170 kDa dat in alle eukaryoten wordt aangetroffen, van gist tot vissen tot vogels en zoogdieren. UGGT fungeert als poortwachter voor glycoproteïnen door eventuele verkeerd gevouwen eiwitten te markeren en hun voortijdige afgifte uit het endoplasmatisch reticulum te voorkomen. Hoewel UGGT wijdverbreid is, zijn structuur en functie zijn wetenschappers al 25 jaar ontgaan. Zijn intrigerende promiscuïteit voor het controleren van duizenden glycoproteïnen van verschillende vormen en maten heeft veel aandacht getrokken.

Wetenschappers van de Universiteit van Oxford, het Institute of Sciences of Food Production en het Institute of Crystallography bij de National Research Council, Italië, samen met een team van de eBIC bij Diamond begonnen aan een baanbrekende structurele studie om de innerlijke werking van UGGT te onderzoeken.

Hoofdwetenschapper van de gezamenlijke inspanning en onderzoeker aan de Universiteit van Oxford, Dr Pietro Roversi, legden hun motivatie uit:"We wilden weten hoe UGGT verantwoordelijk zou kunnen zijn voor het controleren van de juistheid van gevouwen eiwitten, aangezien ze allemaal zo verschillend zijn. Er zijn enkele zeer belangrijke doelen van UGGT, inclusief immunologische eiwitten en eiwitten die achterblijven bij zeldzame aangeboren ziekten."

Hittebestendige UGGT

Een van de redenen waarom de structuur van UGGT wetenschappers zo lang was ontgaan, was vanwege de flexibiliteit. Om deze hindernis te overwinnen, het team koos wijselijk om een ​​vorm van UGGT te bestuderen die is afgeleid van een thermofiele schimmel. Eiwitten uit hittebestendige bronnen kunnen vaak stijver zijn, wat betekent dat dit type UGGT minder flexibel was en meer vatbaar voor structurele analyses dan zijn menselijke tegenhanger.

Terwijl de kristalstructuur werd opgelost door Dr. Roversi op I04-1, een deskundig team van Diamond werkte gelijktijdig bij de eBIC om de cryo-EM-structuur op te lossen.

Hoofdonderzoeker van de studie en hoogleraar Virologie aan de Universiteit van Oxford, Nicole Zitzmann lichtte hun bevindingen toe:"We zagen dat UGGT uit meer domeinen bestond dan verwacht, die niet uit de sequentie alleen kon worden voorspeld. Er waren in totaal zeven domeinen:een katalytisch domein, twee β-sandwiches en vier thioredoxine-achtige domeinen." Een van de grootste ontdekkingen was de hoge flexibiliteit van UGGT, die, indien aangetast, het enzym verhinderde te functioneren. Het is deze flexibiliteit die het mogelijk maakt om zijn vorm vast te pakken en aan te passen om zijn enorme aantal client-eiwitten te controleren.

UGGT-remming

Naast het vergroten van onze basiskennis over hoe dit belangrijke kwaliteitscontrole-eiwit werkt, de studie zou aanleiding kunnen geven tot nieuwe UGGT-remmers. Het is te hopen dat het antagoniseren van UGGT virale infecties of zeldzame aangeboren eiwitopslagstoornissen kan behandelen. Een andere belangrijke toepassing zou kunnen zijn het verbeteren van eiwitexpressiesystemen in eukaryote cellen, waarbij het versoepelen van de controle die UGGT uitoefent, de opbrengsten van uitgescheiden eiwitten zou kunnen verhogen.

Dr. Roversi beschreef de volgende stappen voor het onderzoek:"We willen de structuur oplossen in complex met verkeerd gevouwen glycoproteïnen van de cliënt, maar we willen ook basale cellulaire biologie uitvoeren om te zien welke pathologische glycoproteïne-eiwitten UGGT de kracht heeft om vast te houden in het endoplasmatisch reticulum, zodat we kunnen nagaan bij welke ziekten dit enzym betrokken is."