Intrinsiek ongeordende eiwitten (IDP's) worden algemeen aangetroffen in de proteomen van eukaryoten en spelen een sleutelrol in levensprocessen zoals transcriptie van genetische informatie en signalering. Afgezien van het feit dat ontheemden doorgaans zeer repetitief, hydrofiel en elektrisch geladen zijn en voor eenvoudige sequenties van genen coderen, onderscheiden ontheemden zich ook door hun natuurlijke overvloed en structurele aspecten, die de basis worden van het ‘stoornis-functie-paradigma’ van eiwitten.

De afgelopen twintig jaar is de rol van ontheemden bij menselijke ziekten en als doelwitten voor geneesmiddelen actief bestudeerd, terwijl het karakteriseren van de zeer flexibele en heterogene conformaties van ontheemden met hoge resolutie een sleutelvraag blijft op dit gebied.

Meer dan 15% van de IDP-moleculen is membraangebonden in cellen, en hun interne dynamiek en algehele (translationele en rotatie) bewegingen binnen de fosfolipidedubbellagen zijn nauw verwant aan hun fysisch-chemische eigenschappen en biologische functies. Deze dynamische processen zijn echter moeilijk vast te leggen en te analyseren. kwantitatief gekarakteriseerd door conventionele structurele analysemethoden.

Een groep onderzoekers onder leiding van prof. Long Dong van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) heeft een IDP-spectroscopiemethode ontwikkeld op basis van de membraan paramagnetische relaxatieverbeteringstechniek (mPRE), waarmee met succes zeer nauwkeurige modellering van de interne conformaties, oriëntaties en onderdompelingsdiepten van ontheemden. De resultaten zijn gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society .

In dit werk onderzochten de onderzoekers in detail de flexibiliteit en mobiliteit van de spin-sondemoleculen in het membraan voor een nauwkeurige interpretatie van de mPRE-spectrale gegevens, en stelden ze een gewogen driedimensionaal (3D) rastermodel voor, gebaseerd op simulaties van alle atomen voor kwantitatief onderzoek. het weergeven van het effect van de dynamiek van de spinsonde op de mate van verbetering van de paramagnetische relaxatie van het membraan.

Door gebruik te maken van de hoge rekenefficiëntie van het model, ontwikkelden de onderzoekers verder een algoritme dat gedetailleerd wordt beschreven in de ondersteunende informatie (SI) voor het optimaliseren van de oriëntaties van de globale en interne bewegingsvrijheid van membraangebonden ontheemden via superpositie van z- alleen coördinaten, op maat gemaakt voor de mPRE-gegevensanalyse, waarmee een volledig atomair ensemblemodel van IDP wordt geconstrueerd in een impliciete membraanomgeving.

CD_3ε is een onderdeel van het T-celreceptorcomplex (TCR) dat verantwoordelijk is voor de herkenning van T-celantigeen. De CD_3ε cytoplasmatisch domein (CD_3εCD ) bevat op immunoreceptortyrosine gebaseerde activeringsmotieven (ITAM's) en vormt een vaag complex met lipidedubbellagen in een intrinsiek ongeordende toestand, en reguleert de signaalactiviteit van het fuzzy complex door gebruik te maken van dynamische membraanafscherming van belangrijke tyrosineplaatsen.

De onderzoekers hebben het ensemble opgelost op basis van de moleculaire dynamica van CD_3εCD in lipidedubbellagen door een all-atom ensemble-modeloplossing van IDP toe te passen in een impliciete membraanomgeving.

Het ensemble van experimentele mPRE-parameters brengt de dynamische distributie van CD_{3εCD in kaart} in verschillende regio's van het membraan op atomair niveau en onthult belangrijke verschillen in de membraaninteracties van verschillende tyrosineplaatsen op ITAM, wat een nieuwe mechanistische verklaring oplevert voor het monofosforyleringspatroon van ITAM.

Verwacht wordt dat de mPRE-spectroscopische analysemethode die in dit werk is ontwikkeld, in grote lijnen atomaire resolutiestudies van verschillende functionele membraan-IDP's zal vergemakkelijken.

Meer informatie: Hong Jin et al, Quantitative Ensemble Interpretation of Membrane Paramagnetic Relaxation Enhancement (mPRE) voor het bestuderen van membraangeassocieerde intrinsiek verstoorde eiwitten, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c10847

Journaalinformatie: Journaal van de American Chemical Society

Aangeboden door de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China