A fehérje szétbontásának molekuláris gépei dinamikus struktúráinak közvetlen megjelenítése

Ha a fehérjék hőhatásként vannak kitéve stressznek, elveszítik natív szerkezetüket és mérgező oldhatatlan aggregációkat képeznek. A ClpB baktérium molekuláris chaperone és annak élesztő Hsp104 homológja képes lebontani és újraaktiválni az összesített fehérjéket. A ClpB hexamer gyűrűs szerkezetet alkot, és protomerje két ATPáz-magból, az AAA1 és AAA2-ből, valamint két további doménből, az N-doménből és az M-doménből áll. Az ATP hidrolízis kémiai energiáját felhasználva a ClpB gyűrű az aggregált fehérjéket a központi pórusán keresztül szálat szétválasztja. A ClpB szétbontási aktivitását a ClpB gyűrű perifériáját körülvevő rúd alakú M-domének szabályozzák. A molekuláris szintű mechanizmusok, például az, hogy az ATP-kötés és a hidrolízis hogyan változtatja meg a ClpB szerkezetét, és hogy a változások miként indukálják a bontást, nem ismertek. Bár a ClpB/Hsp104 háromdimenziós szerkezetét röntgenkristályos és krioelektronmikroszkópos egyrészecskés elemzéssel határozták meg, az egyes molekulák dinamikájára vonatkozó információkra volt szükség a mechanizmus megértéséhez.

szétbontásának

Azok a ClpB mutánsok megfigyelései alapján, amelyek gátolták az ATP kötést vagy az AAA1 és/vagy az AAA2 hidrolízisét, tisztázták e két domén egyedi szerepét a strukturális dinamikában. Az ATP kötése az AAA1-hez a ClpB oligomerizációját indukálja, és a hexamer állapotot stabilizálta az ATP kötése az AAA2-hez. A kerek, a spirál és a sodrott fél spirál formák közötti szerkezeti változásokat az ATP2-nél végzett ATP hidrolízis okozta. Ezenkívül a zárt gyűrűk kölcsönös strukturális változásai drasztikusan csökkentek egy olyan M-domén mutánsban, amely elvesztette a szétszerelési aktivitást, de megtartotta az ATPáz aktivitást, ami arra utal, hogy a strukturális változások fontos szerepet játszottak a szétesési reakcióban.

A fehérje aggregáció szorosan összefügg a különféle betegségekkel, beleértve az Alzheimer-kórt is. A fehérje aggregáció kialakulása szintén problémás a fehérjék orvosi és ipari felhasználása során. A kutatás eredményei hozzájárulhatnak az ilyen betegségek kezeléséhez és/vagy a hasznos fehérjék fenntartásához. Ezenkívül a ClpB az AAA + fehérjecsaládba tartozik, amely különféle fontos fehérjéket tartalmaz, amelyek hozzájárulnak a DNS-replikációhoz, a membránfúzióhoz, a fehérjebontáshoz és a cirkadián óra fenntartásához. Ennek a családnak a tagjai ATPáz-magként osztották meg az AAA + doméneket, és ennek a kutatásnak az eredményei várhatóan ezen AAA + családfehérjék közös mechanizmusának tisztázásához vezetnek.