Bepalen hoe eiwitten op moleculair niveau functioneren, is cruciaal om de onderliggende basis voor ziekte te begrijpen. Nu zijn wetenschappers van de Universiteit van Notre Dame een stap dichter bij het ontrafelen van het mysterie van hoe intrinsiek ongeordende eiwitten werken, volgens nieuw onderzoek gepubliceerd in Wetenschap .

Eiwitten zijn ketens van aminozuren die zich opvouwen tot driedimensionale structuren, geven ze hun vorm en bepalen de manier waarop ze omgaan met andere moleculen. Veel eiwitten vormen starre structuren, maar intrinsiek ongeordende eiwitten (IDP's) zijn "floppy" en vouwen niet in een reguliere structuur. Deze ongeordende eiwitten zijn slap omdat hun delen net zo goed met water als met elkaar interageren. Tot 30 procent van alle eiwitten is ontregeld - en moet ontregeld zijn om goed te kunnen werken.

Onderzoekers hebben moeite gehad om precies te begrijpen hoe ongeordend ontheemden zijn - en hoe ze werken. Hun floppy-structuren maken het moeilijk om hun exacte afmetingen te extraheren, het maken van de omvang van die stoornis, samen met de sterke punten van de interacties, niet helder. Deze details zijn cruciaal om te begrijpen hoe IDP's hun noodzakelijke functies in cellen uitvoeren.

"We hebben uitstekende methoden beschikbaar om de structuren van eiwitten te bepalen die zich tot één stijve structuur vouwen, maar een aanzienlijk deel van alle eiwitten is te flexibel om met deze methoden te worden bestudeerd. Nog erger, resultaten van twee van de meest gebruikte methoden om ontheemden te bestuderen zijn het niet met elkaar eens, " zei Patricia Clark, een biofysicus aan de Notre Dame en co-auteur van de studie. "Dus hebben we een nieuwe analyseprocedure ontwikkeld om dit op te lossen."

Clark, de eerwaarde John kardinaal O'Hara C.S.C. Hoogleraar chemie en biochemie aan de Notre Dame, werkte samen met Tobin Sosnick, een professor en voorzitter van de afdeling Biochemie en Moleculaire Biologie aan de Universiteit van Chicago, om een ​​nieuwe small-angle X-ray scattering (SAXS) analysemethode te ontwikkelen die aantoonde dat de meeste IDP's meer ongeordend zijn dan eerder werd gedacht. SAXS is een van de twee manieren waarop onderzoekers dimensies van ontheemden extraheren. In SAXS, eiwitten worden in het pad van een röntgenstraal geplaatst, verstrooiing van de röntgenstralen in patronen die informatie bevatten over de grootte en vorm van het eiwit.

De nieuwe benadering van Clark en Sosnick analyseert een breder bereik van het röntgenverstrooiingspatroon dan eerdere SAXS-methoden en past deze patronen aan IDP-structuren met verschillende gradaties van wanorde gegenereerd door computersimulaties.

Deze ontdekking bevordert de discussie tussen onderzoekers die SAXS gebruiken om ontheemden te bestuderen en degenen die een andere methode gebruiken, fluorescentie-resonantie-energieoverdracht (FRET). Met FRET, onderzoekers hechten moleculen genaamd fluoroforen aan het eiwit, bepaal vervolgens de grootte en vorm van de IDP door de afstand tussen de fluoroforen te berekenen. In recente FRET-onderzoeken, onderzoekers hebben geconcludeerd dat IDP-onderdelen sterker met elkaar interageren dan met hun omgeving, wat leidt tot meer ingestorte structuren.

De resultaten werpen nieuw licht op de controverse tussen de twee onderzoeksmethoden, merkte Clark op. Hun SAXS-analysemethode laat zien dat de floppy-structuren van IDP's heel dicht in de buurt komen van wat zou worden verwacht voor een echt willekeurige structuur - wat zou kunnen helpen voorkomen dat IDP's per ongeluk interageren met andere eiwitten. Veel ziekten, waaronder vele vormen van kanker, worden veroorzaakt door mutaties die ervoor zorgen dat een eiwit op onjuiste wijze interageert met zichzelf of andere eiwitten, zei Clark. De vorderingen die in dit werk zijn gemaakt, zullen een gedetailleerde studie van vouw- en misvouwmechanismen mogelijk maken. Ze zullen ook helpen bij de ontwikkeling van nieuwe strategieën om misvouwingsziekten van eiwitten te voorkomen.

"Hoewel dit werk een fundamentele, fundamenteel onderzoek demonstratie van eiwitgedrag, de implicaties zijn erg breed, ' zei Clark.