De structurele biologen van Cornell namen een nieuwe benadering om een ​​klassieke methode van röntgenanalyse te gebruiken om iets vast te leggen waar de conventionele methode nooit rekening mee had gehouden:de collectieve beweging van eiwitten. En dat deden ze door software te maken om de stukjes gegevens die in het proces meestal worden genegeerd, nauwgezet aan elkaar te naaien.

hun papier, "Diffuse röntgenverstrooiing van gecorreleerde bewegingen in een eiwitkristal, " gepubliceerd op 9 maart in Natuurcommunicatie .

Als structuurbioloog Nozomi Ando, MEVROUW. '04, doctoraat '08, universitair docent scheikunde en chemische biologie, is geïnteresseerd in het in kaart brengen van de beweging van eiwitten, en hun interne onderdelen, eiwitfunctie beter te begrijpen. Dit type beweging is algemeen bekend, maar moeilijk te documenteren omdat de standaardtechniek voor het afbeelden van eiwitten röntgenkristallografie is, die in wezen statische snapshots produceert.

"Omdat we echt uitdagende biologische systemen bestuderen, de groep moet vaak ook nieuwe structurele methoden pionieren, " zei postdoctoraal onderzoeker Steve Meisburger, doctoraat '14, hoofdauteur van de krant. "Een van de vragen waar we al sinds het begin in geïnteresseerd zijn, is hoe de subtiele ademhalingsbewegingen van een eiwit de biochemische functie sturen."

De onderzoekers brachten hun project naar de Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS), waar ze gebruik maakten van de Pilatus 6M pixelarray-detector van de faciliteit, waarmee ze beelden met een zeer hoge resolutie konden maken.

Voor dit werk, zoals bij reguliere kristallografie, Röntgenstralen werden naar een monsterkristal gestraald. De pixel-array-detector registreerde de intensiteit van de röntgenstralen die werden afgebogen door de eiwitten van het kristal, dus coderen voor de atomaire structuur. Elke stoornis, d.w.z. beweging - in het kristal veroorzaakte het weerkaatsen van extra fotonen, het creëren van een zeer zwak achtergrondsignaal dat diffuse verstrooiing wordt genoemd. Deze informatie is traditioneel weggegooid tijdens de gegevensverwerking.

"De fotonen gaan overal heen, en het signaal lijkt extreem zwak omdat het verspreid is, " zei Ando, senior auteur van de krant. "Al decenia, mensen konden het niet nauwkeurig meten, en ze wisten niet hoe ze het moesten interpreteren."

Meisburger heeft software gemaakt om de ongeveer 50 miljoen unieke datapunten te verwerken, resulterend in een hoogwaardige driedimensionale kaart. Tot grote verbazing van de onderzoekers, de kaart onthulde dat een significant onderdeel van dit diffuse verstrooiingspatroon eigenlijk het resultaat was van het trillen van het eiwitrooster. Deze wiebelbeweging was zo dominant, het leek elke beweging in de eiwitten te verdoezelen, wat aanvankelijk een teleurstelling was voor de onderzoekers.

Maar na rekening te hebben gehouden met deze roostertrillingen in simulaties, de onderzoekers identificeerden ook interne eiwitbewegingen. Deze bewegingen omvatten het openen en sluiten van de actieve plaats van het eiwit.

"Stel je het kristal voor als een rij mensen die samen proberen te lopen terwijl ze elkaars hand vasthouden, maar op het zelfde moment, elk individu doet misschien iets anders, " zei Ando. "Het signaal van iedereen die samen beweegt is dominant, dus we konden het subtiele signaal dat van de individuen kwam niet onderscheiden. Dat was iets waar nooit rekening mee was gehouden."

Deze nieuwe benadering van diffuse verstrooiing kan onderzoekers helpen een duidelijker beeld te krijgen van de eiwitstructuur en -dynamiek en, uiteindelijk, een beter begrip van biochemische reacties.

"We willen dit echt in een richting duwen waarin veel mensen de techniek kunnen gebruiken en iets nieuws kunnen leren over hun eiwit, "Zei Meisburger. "Een groot voordeel hiervan is dat je gratis diffuse verstrooiing krijgt wanneer je een regulier kristallografie-experiment doet. Deze techniek voegt echt informatie toe aan wat je normaal zou krijgen."