Een gelukkige cel is een uitgebalanceerde cel, maar voor elk verbazingwekkend verwrongen eiwit dat het creëert, het moet de oude uit elkaar scheuren. Dat betekent het ontwarren van een ingewikkelde krakeling-achtige massa voor recycling. Cdc48 speelt een cruciale rol bij het ontrafelen van de verbruikte eiwitten.

"Cdc48 is het Zwitserse zakmes van de cel en kan interageren met zoveel verschillende substraten, " zei Peter Shen, doctoraat, assistent-professor in de biochemie aan de University of Utah Health en senior auteur op het papier. "Tot nu toe wisten we niet precies hoe het werkt."

Shen leidde een multi-institutioneel team van onderzoekers om de belangrijkste structuren van Cdc48 te identificeren om de golvingen ervan te visualiseren terwijl het eiwitten ontvouwt. De resultaten zijn online beschikbaar in het nummer van 27 juni van: Wetenschap .

"We wilden dit doen omdat we geïnteresseerd zijn in hoe moleculaire machines werken, " zei Shen. "We hebben besloten om Cdc48 aan te scherpen vanwege klinische relevantie."

Voor jaren, onderzoekers weten dat een eenpuntsmutatie in Cdc48 kan leiden tot ernstige ziekten, waaronder amyotrofische laterale sclerose (ALS) en de ziekte van Charcot-Marie-Tooth type 2Y.

"Human Cdc48 is gekoppeld aan meerdere ziekten en is het doelwit van inspanningen om therapieën te ontwikkelen voor de behandeling van kankers, " zei Christopher Hill, DPhil., onderscheiden hoogleraar biochemie aan de U of U Health en co-corresponderende auteur van het onderzoek. "De structuur die we hebben vastgesteld, kan worden gebruikt om de inspanningen te bevorderen om effectievere remmers en therapieën te ontwikkelen."

In de studie, het onderzoeksteam zuiverde Cdc48 rechtstreeks uit gistcellen (Saccharomyces cerevisiae) en nam snapshots van de gezuiverde deeltjes in verschillende configuraties nadat het was ingevroren met behulp van cryogene elektronenmicroscopie (cryo-EM).

"De cellen doen al het harde werk voor ons door deze complexen te maken, "Zei Shen. "Omdat deze methode zo snel is, we hebben Cdc48 gevangen tijdens het ontvouwen van een eiwitsubstraat."

Met behulp van deze aanpak, het onderzoeksteam toonde aan hoe Cdc48 het eiwit ontvouwt door het door een centrale porie van het complex te leiden, met behulp van een hand-over-hand transportband-achtige beweging. De gerecyclede wirwar die ze in beeld brachten, was een mysterie totdat medewerkers van de Brigham Young University massaspectrometrie-proteomics toepasten op hetzelfde geoogste complex om het anonieme proteinan-inactieve eiwitfosfatase 1-complex te ontmaskeren.

Shen gelooft dat deze resultaten van toepassing zijn op menselijke cellen, omdat Cdc48 sterk geconserveerd is.

"We geloven dat de structuur die we hier hebben opgelost erg zal lijken op wat ons lichaam nu uitdrukt, " hij zei.

Het onderzoeksteam kon het hele complex niet visualiseren omdat Cdc48 bijna gelijktijdig interageert met meerdere bindingspartners. Deze efficiënte multitasking vertroebelt de reconstructie; echter, Shen wil blijven onderzoeken hoe Cdc48 erin slaagt om met zoveel partners tegelijk te binden.

"Het coolste is dat dit [werk] aantoont dat we een eiwit rechtstreeks uit gastheercellen kunnen halen en ze in hun oorspronkelijke staat kunnen afbeelden, "Zei Shen. "Ik denk dat dit de toekomst is van het cryo-EM-veld."