新功能、新界面、新体验,扫描即可下载生物谷APP!
首页 » 表观遗传学 » 结构生物学领域最新研究进展

结构生物学领域最新研究进展

来源:本站原创 2018-08-27 12:51

2018年8月27日 讯 /生物谷BIOON/ -本期为大家带来的是结构生物学领域的最新研究进展,希望读者朋友们能够喜欢。


DOI: 10.1126/science.aas8843
DOI: 10.1038/s41586-018-0308-7



Hedgehog信号通路对于胚胎细胞的发育具有重要的作用,该信号的缺失会导致先天性缺陷的发生。然而,对于多数癌症。例如基底细胞癌、脑癌、乳腺癌以及前列腺癌来说,该信号的强度却失去了控制。

冷冻电镜技术的发展帮助我们揭示了Hedgehog信号的分子机制。通过对蛋白结构的进一步认知,能够帮助我们开发靶向该信号的药物分子。

在最近发表在《Science》杂志上的一篇研究中,来自西南医学中心以及洛克菲勒大学的研究者们解析出了原子水平的蛋白结构。研究结果显示,两个PTCH-1分子能够同时结合一个Hedgehog(HH)分子,但结合位点处于不同的部位。这一结合方式对于该信号的传递是十分必要的。

冷冻电镜的好处在于能够将样品温度降至足够低,从而不会有冰晶的产生。这一技术对于观察分子结构具有很大的帮助。

在上个月发表在《Nature》杂志上的文章中,作者等人利用冷冻电镜技术解析了PTCH1与HH一对一的结合结构。生化检测结果表明这种结合方式并不能充分地释放其活性。

“在最近的这篇文章中,我们发现PTCH1与HH二对一的结合方式。即一个HH分子通过其表面两个不同的表位分别于两个PTCH1进行结合。细胞生物学检测结果验证了这种结合方式对于信号的产生以及传递的重要性。与之前的文章结合,我们希望这些结构有助于研究者们对该领域的认知的进一步深入”,作者们说道。



doi:10.1126/science.aas8935.



Hedgehog(Hh)通路对胚胎发生和组织再生是至关重要的。Hh信号是通过分泌的和脂质修饰的蛋白Hh结合到膜受体Patched(Ptch)上而被激活的。在缺乏Hh的情况下,Ptch通过一种未知的间接机制抑制下游的G蛋白偶联受体Smoothened(Smo)。

Hh与Ptch的结合减轻了对Smo的抑制并且开启让Hh通路遭受转录激活的信号转导事件。Hh信号异常与出生缺陷或肿瘤发生有关。尽管进行了严密的研究,Hh、Ptch和Smo之间相互作用的分子基础仍是不清楚的,而且Ptch和Hh之间识别的结构基础还有待阐明。

经预测长1447个氨基酸残基的人Ptch1蛋白含有12个跨膜区段(TM),并且与细菌RND家族转运蛋白(resistance-nodulation-division family transporter, RND家族转运蛋白)存在着结构类似性。Ptch1的跨膜区段2(TM2)至TM6构成固醇敏感多肽区(sterol-sensing domain, SSD)。人们已在几种参与固醇转运和代谢的蛋白中发现了SSD。这些含有SSD的蛋白的潜在固醇结合或转运活性的分子机制仍然是不清楚的。

在一项新的研究中,为了获得适合于结构研究的样品,来自中国清华大学的研究人员基于序列保守性和功能表征获得几种人Ptch1的构建体。最终,在人胚胎肾293F细胞中瞬时表达的含有氨基酸残基1~1305的人Ptch1截短版本在亲和层析纯化和尺寸排阻层析纯化后表现出足够的表达水平和良好的溶液行为。他们还观察了Ptch1的寡聚体状态和单体状态。Ptch1的单体形式可适用于单粒子低温电子显微镜分析,这是因为它在低温条件下具有优异的性能。相关研究结果发表在2018年8月10日的Science期刊上,论文标题为“Structural basis for the recognition of Sonic Hedgehog by human Patched1”。论文通信作者为清华大学医学院教授颜宁(Nieng Yan)博士。

在三种哺乳动物Hh同源物Sonic(Shh)、Desert(Dhh)和Indian(Ihh)中,Shh一直是功能和机制研究的原型。在大肠杆菌中表达和纯化的人Shh的N-端结构域(ShhN, 氨基酸残基24~197)能够在胆固醇琥珀酸单酯(cholesteryl hemisuccinate, CHS)的存在下与去污剂溶解的Ptch1蛋白形成一种稳定的复合物。

颜宁课题组分别在3.9埃分辨率下和在3.6埃分辨率下解析出人Ptch1单独时以及它与ShhN结合在一起时的低温电镜结构。他们识别出两个相互作用的胞外结构域ECD1和ECD2,以及12个跨膜区段(TM1~12)。一旦ShhN结合,ECD1和ECD2向彼此移动,而且它们一起构成ShhN的停靠位点。颜宁课题组对ShhN与Ptch1之间的详细识别进行了分析和生化验证。

在具有或不具有ShhN的Ptch1中观察到两个与CHS相一致的类固醇密度(steroid-shaped density):一个在由这两个胞外结构域包围的口袋中,另一个在SSD的膜面向的腔中。基于结构的生化分析揭示出ShhN和Ptch1之间的类固醇依赖性相互作用。相比于野生型Ptch1,类固醇结合缺陷型Ptch1突变体的结构表现出显著的构象重排。

总之,人Ptch1单独时及其与ShhN结合在一起时的结构揭示出Ptch1和ShhN之间识别的分子基础。在Ptch1中鉴定出两个类固醇结合位点为在未来研究Hh信号建立了重要的框架,并对含有SSD蛋白的固醇感知提供了关键见解。



doi:10.1016/j.cell.2018.06.026



人体是为生存而建造的。人体中的每一个细胞都受到一组免疫蛋白的严密保护,而且这些免疫蛋白装备了几乎万无一失的雷达来检测外来的或受损的DNA。

人细胞中的一个最为关键的哨兵是一种被称作cGAS的“第一响应者”蛋白,它检测外来的和发生癌变的DNA的存在,并启动一种信号级联反应,从而触发身体防御。

2012年蛋白cGAS的发现引发了科学探究的风暴,迄今为止,科学家们已针对它发表了500多份研究出版物,但是人cGAS蛋白的结构和关键特征仍然困扰着科学家。

如今,在一项新的研究中,来自美国哈佛医学院和达纳-法伯癌症研究所的研究人员首次鉴定出人cGAS蛋白与其他哺乳动物中的GAS蛋白之间的结构差异和功能差异,并揭示出它在人体中发挥独特功能的结构基础。这项研究概述了人cGAS蛋白的结构特征,这些结构特征解释了人cGAS为何和如何识别某些类型的DNA同时忽略其他类型的DNA。相关研究结果发表在2018年7月12日的Cell期刊上,论文标题为“Structure of the Human cGAS–DNA Complex Reveals Enhanced Control of Immune Surveillance”。

论文通信作者、哈佛医学院/达纳-法伯癌症研究所微生物学与免疫生物学助理教授Philip Kranzusch说,“人cGAS的结构和作用机制一直是免疫学和癌症生物学领域中的一个关键的缺失部分。我们的研究结果详细阐述了人cGAS的分子组成和功能,从而弥补了我们的知识中的这个重要的缺口。”

重要的是,这些研究结果能够为设计适合人cGAS蛋白的独特结构特征的小分子药物提供了信息---这一进展有望改进当前作为抗癌疗法正在开发中的精准cGAS调节药物。

Kranzusch说,“当前正在开发中的几种有前途的实验性免疫疗法是针对小鼠cGAS的结构而被开发出的,它与人cGAS存在着关键的结构差异。我们的发现应该有助于优化这些实验性疗法并促进人们设计出新的疗法。这将为结构导向地设计调节这个基础蛋白活性的药物铺平道路。”

Kranzusch团队的研究结果解释了人cGAS蛋白的一个独特特征---相比于其他动物中的cGAS蛋白,它能够高度选择性地检测某些类型的DNA而且它更不容易被激活。

具体而言,这项研究表明人cGAS携带的突变使得它对长片段DNA非常敏感,但是也让它对短片段DNA“不敏感”。

论文共同第一作者、哈佛医学院微生物学与免疫生物学系博士后研究员Aaron Whiteley说,“人cGAS是一种高度选择性的蛋白,它已进化出更强的DNA特异性。我们的实验揭示出这种能力的基础。”

在所有哺乳动物中,cGAS都是通过检测处于错误位置的DNA来发挥作用的。在正常条件下,DNA被紧密地包装在细胞核中并受到保护。DNA没有理由会在细胞周围自由移动。当DNA片段确实最终逃离细胞核并进入细胞质中时,这通常表明存在着一些不祥之兆,比如来自细胞内的损伤或来自侵入细胞内的病毒或细菌的外来DNA。

cGAS蛋白通过识别这种处于错误位置的DNA而发挥作用。在正常情形下,它在细胞中处于休眠状态。但是一旦cGAS检测到DNA存在于细胞核外面,它就突然起作用。它产生另一种化学物质---一种被称作cGAMP的第二种信使,从而引发一种分子链反应,结果就是提醒细胞中的DNA异常存在。在这种信号级联反应结束时,细胞要么得到修复,要么因损坏到无法修复的地步,它就会自我破坏。

但是细胞的健康和完整性取决于cGAS能够将无害的DNA和外来DNA或在细胞遭受损伤和应激期间释放出的自身DNA区分开来。

论文共同第一作者、哈佛医学院/达纳-法伯癌症研究所博士后研究员Wen Zhou说,“这是一种很好的平衡行为,可确保免疫系统保持平衡。过度活跃的cGAS能够引发自身免疫反应或自我攻击,而未能检测到外来DNA的cGAS能够导致肿瘤生长和癌症进展。” 

这项新的研究揭示出这种蛋白结构的进化变化,从而允许人cGAS忽略它遇到的一些DNA,同时对它遇到的其他DNA作出反应。

就这项新的研究而言,这些研究人员的研究对象是霍乱弧菌(Vibrio cholerae)。这种细菌会导致霍乱,也是人类最古老的祸害之一。

利用一种与cGAS具有相似性的霍乱弧菌酶,这些研究人员能够在这种细菌中重建人和小鼠cGAS蛋白的功能。

通过与来自哈佛医学院细菌学家John Mekalanos实验室的同事们合作,这些研究人员设计出一种嵌合或杂合形式的cGAS,它包括来自人类和小鼠cGAS的遗传物质。随后,他们将这种杂合cGAS识别DNA的能力与完整的人cGAS和小鼠cGAS的识别能力进行比较。

在一系列实验中,这些研究人员观察了这些不同类型cGAS之间的激活模式,并逐步缩小导致这三者之间存在不同DNA激活模式的关键差异。 

这些实验表明在人类和小鼠cGAS中存在差异的116个氨基酸中,仅两个氨基酸导致人cGAS的功能变化。确实,人cGAS能够高精度地识别长片段DNA,但它会忽略了短片段DNA。相反,小鼠cGAS不能区分长片段DNA和短片段DNA。

Whiteley说,“这两个微小的氨基酸发挥着如此重大的作用。它们让人cGAS具有高度选择性,仅对长片段DNA作出反应,同时忽略短片段DNA,这就使得人cGAS更能耐受DNA在细胞质中的存在。”

通过在进化时间尺度上绘制遗传分歧,这些研究人员确定人类和小鼠cGAS基因在1000万到1500万年前的某个时间分开。

负责检测长片段DNA和耐受短片段DNA的这两个氨基酸仅在人类和非人灵长类动物(比如大猩猩,黑猩猩和倭黑猩猩)中发现到。

这些研究人员猜测忽略短片段DNA但识别长片段DNA的能力必定会带来一些进化上的好处。

Kranzusch说,“这可能是一种阻止过度活跃的免疫系统和慢性炎症的方法。或者这可能是通过不识别短片段DNA来降低患上某些人类疾病的风险。”

在最后一组实验中,这些研究人员解析出人cGAS的活性形式与DNA结合在一起时的原子结构。

为了做到这一点,他们使用了一种被称作X射线晶体衍射的可视化技术。这种技术能够基于X射线衍射图案揭示出蛋白晶体的分子结构。

分析人cGAS“在发挥作用时”的结构揭示出让它能够选择性地结合长片段DNA同时忽略短片段DNA的精确分子变异。 

Kranzusch说,“理解是什么让人cGAS的结构和功能与其他物种cGAS存在的差异正是这个缺失的部分。如今,我们解析出它的结构,我们真地能够开始设计适用于人体而不适用于小鼠的药物。”



doi:10.1038/nature14685.
doi:10.1038/nsmb.3374.
doi:10.1038/s41586-018-0293-x.



细胞通过基因组复制产生自身的拷贝而进行增殖。按理说,DNA复制是所有生命形式中最基本和最保守的机制。破解这一过程是如何最精确地实现的秘密是理解生命秘密的关键。当沃森和克里克在半个多世纪前基于DNA双螺旋结构首次提出DNA的复制方式时,许多人认为将两条DNA链分开进行复制的分子机器(即DNA复制机器,或者说DNA复制复合物)的结构即将出现。然而,鉴于这种分子机器具有比较大的尺寸、三重特性(它由三个引擎组成)和灵活性,它远要比之前想象的复杂得多。利用常规方法无法获得这种DNA复制机器在原子分辨率下的结构信息。近年来,随着高分辨率的低温电镜(cryo-EM)技术的来临,人们才能获得它在原子分辨率下的结构信息。

中国北京大学的高宁(Ning Gao)团队和中国香港科技大学的Bik-Kwoon Tye团队合作发表的一系列论文为以前所未有的分辨率破解DNA复制机器的功能打开了大门。第一篇论文于2015年发表在Nature期刊上,它解析出这种被称作微小染色体维持蛋白复合物(minichromosome maintenance complex, MCM蛋白复合物)的DNA复制机器的核心引擎的结构。第二篇论文报道了Cdt1-Mcm2-7复合物(作为MCM双六聚体复合物的前体)的开环结构。如今,第三篇论文发表在Nature期刊上,它详细地说明了起始识别复合物(Origin Recognition Complex, ORC)的原子结构,其中ORC复合物选择全基因组中的复制起始位点以便启动DNA复制。

在单个细胞(受精卵)经过大约1016次细胞分裂后,每个人就产生了。每次细胞分裂都需要基因组的精确复制,这样每个子细胞都以DNA的形式获得完全相同的遗传信息。

导致细胞分裂失调的异常DNA复制是许多癌症和发育障碍的原因。基因组复制在维持活的有机体方面同样起着重要的作用,这是因为所有细胞都具有“有效期限”,并且大多数细胞都由保留分裂能力的干细胞进行补充。

衰老也是这种复制机器发生故障(无论是发生在受损DNA的修复合成中,还是发生在全基因组复制的保真度中)的一般现象。在第三篇论文中,中国北京大学的高宁教授和中国香港科技大学的Bik-Kwoon Tye教授和Yuanliang Zhai博士首次利用低温电镜技术在原子分辨率下解析出启动DNA复制的ORC复合物的结构。这种结构解释了ORC复合物如何能够扫描大量的碱基(DNA由A、T、G和C四种碱基组成),从中选择出正确的位点开始进行DNA复制。据信,不加区分地选择太多的位点可能导致基因组的快速复制并因此导致快速的细胞分裂,这是癌细胞的特征。相比之下,低效地选择位点会导致细胞分裂缓慢,特别是在人类发育的关键时刻,这可能导致发育障碍。

一个典型的病例是Meier-Gorlin综合征(MGS),这是一种罕见的遗传性侏儒症,其特征是产前发育迟缓和产后比例矮小的身材。有趣的是,与Meier-Gorlin综合征相关的突变位于5个基因(ORC1、ORC4、ORC6、CDT1和CDC6)中,所有的这些基因都是这种DNA复制起始机器(即ORC复合物)的组分。ORC1和ORC4发生突变的患者似乎具有最严重的身材矮小。在第三篇论文中,高宁教授和Bik-Kwoon Tye教授等证实在形成这种DNA复制起始机器的六个亚基中,ORC1和ORC4在复制起始位点的选择机制中起着决定性作用。

从根本上说,ORC复合物的最重要功能是招募MCM双六聚体复合物到DNA复制起点上,其中MCM双六聚体复合物是将双链DNA分离开的DNA解旋酶的催化核心。在第三篇论文中报道的ORC复合物结合到DNA上时的原子结构揭示出ORC复合物导致的DNA弯曲为DNA插入到MCM解旋酶的开环结构中提供一个停泊表面。再者,它揭示出DNA复制起点是基于它的独特结构而不是基于它的特定碱基序列而被选择出来的。这些新发现有助于解释ORC复合物如何在基因组中的独特位点上选择复制起点,而且这些位点仅由它们的碱基序列是无法预测到的。

DNA复制是所有有机体的一个决定性特征,而且执行这一功能的DNA复制机器从真菌到植物到人类都是保守的。理解这种DNA复制机器(或任何生物分子机器)的原子结构是至关重要的,这是因为所有的应用技术和工程技术都建立在基础科学/知识的基础之上。比如, DNA复制机器在3埃分辨率下的三维结构图可能有助我们鉴定出更好的癌症治疗靶标,这样就可定制产生适合这种靶标的合成化学物。更重要的是,这些结构有助于我们充分理解分子机器的作用机制,从而有助我们理解因这些分子机器未发挥最佳功能而导致的疾病的根源。为实现这一目标,中国香港科技大学将建立先进的低温电子显微设备,用于研究生物分子机器的高分辨率结构。



doi:10.1038/s41586-018-0255-3



许多药物---不论是合法的还是非法的---都作用于大脑中最为丰富和最为重要的神经递质受体之一:A型GABA受体(type A GABA receptor, GABAA受体)。特别著名的是苯二氮平类药物(benzodiazepine),它们用于外科手术期间的麻醉,并用于治疗癫痫、焦虑和失眠。解析出这种受体的三维结构有朝一日可能导致人们开发出更好地治疗这些疾病的方法。

GABAA受体与γ-氨基丁酸(GABA)结合,其中GABA是成年大脑中主要的抑制性或镇静性神经递质。为了正常地发挥作用,大脑需要平衡刺激性信号和镇静性信号。GABAA受体功能障碍在以大脑中过度兴奋为特征的疾病(如癫痫)中发现到。除了镇静剂苯二氮平类药物之外,GABAA受体是巴比妥类药物、麻醉药和酒精的常见靶标。所有的这些药物都通过增加GABAA受体的活性而作用于大脑,从而进一步抑制大脑活动。

众所周知,GABAA受体的三维结构很难利用X射线衍射晶体分析法解析出。长期以来,这种方法被认为是结构生物学的黄金标准。它需要蛋白结晶,这样就能够根据X射线衍射图谱来确定蛋白结构。

在一项新的研究中,来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员寻求低温电镜技术(cryo-EM)的帮助。他们利用cryo-EM技术首次成功地解析出GABAA受体结合到GABA和药物氟马西尼(flumazenil)上的三维结构。相关研究结果于2018年6月27日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Structure of a human synaptic GABAA receptor”。论文通信作者为德克萨斯大学西南医学中心神经科学与生物物理学助理教授Ryan Hibbs博士。论文第一作者为Hibbs实验室博士后研究员Shaotong Zhu博士。

这些研究人员在烧瓶中利用细胞表达人突触GABAA受体并加以纯化,并将电生理学实验和利用cryo-EM技术获得的结构信息结合在一起来测试地西泮(一种苯二氮卓类药物)和氟马西尼对这种GABAA受体的影响,其中氟马西尼用于逆转麻醉和治疗苯二氮平类药物过量 Hibbs博士说,“我们能够确定GABA如何选择性地与这种受体结合,并解释诸如苯二氮卓类药物和氟马西尼---它竞争性地作用于相同的位点上来逆转苯二氮卓类药物的效果---之类的药物为何特异性地作用于这种受体上。这对于理解药物结合机制和设计治疗多种神经疾病的新药产生深远的影响。”



doi:10.1038/s41586-018-0249-1



疟原虫入侵人体的年轻红细胞,随后开始在整个身体中扩散。在一项新的研究中,来自澳大利亚和美国的研究人员利用低温电镜技术(cryo-EM)首次在原子水平上揭示出间日疟原虫(Plasmodium vivax)如何入侵人体红细胞的三维蓝图。他们绘制出这种疟原虫与它们入侵的年轻红细胞之间的首次接触,从而破解了它们用来附着到人红细胞上的分子机器---间日疟原虫蛋白PvRBP2b与人转铁蛋白受体1(TfR1)和转铁蛋白结合在一起而形成的一种三元入侵复合物---的三维结构。这为开发新型疟疾疫苗迈出了重要的一步。相关研究结果于2018年6月27日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Cryo-EM structure of an essential Plasmodium vivax invasion complex”。论文通信作者为美国霍华德休斯医学研究所研究员Zhiheng Yu博士和澳大利亚沃尔特-伊丽莎-霍尔医学研究所的Wai-Hong Tham博士。论文第一作者为沃尔特-伊丽莎-霍尔医学研究所的Jakub Gruszczyk博士和霍华德休斯医学研究所的Rick Huang博士。

今年初,在一项发表在Science期刊上的研究中,这些研究人员已发现间日疟原虫通过劫持人转铁蛋白受体入侵人体红细胞(Science, doi:10.1126/science.aan1078,详情参见生物谷新闻报道:重磅!开发疟疾疫苗有戏!揭示间日疟原虫通过劫持人转铁蛋白受体入侵红细胞)。如今,在革命性的cryo-EM技术的帮助下,他们能够在原子水平下可视化观察PvRBP2b与TfR1和转铁蛋白之间的相互作用。这就为开发潜在的抗疟疾药物和疫苗奠定基础。

间日疟原虫是世界上分布最为广泛的疟原虫,也是非洲以外绝大多数国家中的疟疾病例的主要原因。鉴于它隐藏在人体肝脏中而不被免疫系统检测到,它也是导致复发性疟疾感染的头号疟原虫。

在这种三维结构的指导下,这些研究人员能够解析出这种疟原虫-宿主相互作用的确切细节,并鉴定出它的最为脆弱的位点。

Tham说,“这基本上是一项设计挑战。间日疟原虫是非常多样化的,这对疫苗开发具有挑战性。我们如今鉴定出这种分子机器,它将是开发出有效地抵抗一系列间日疟原虫的抗疟剂疫苗的最好靶标。”

她说,“凭借这种前所未有的细节,我们如今能够开始设计专门靶向和破坏这种疟原虫的三元入侵复合物的新型疗法,以便阻止它们劫持人红细胞并通过血液在体内扩散,从而最终阻止它们传播给其他人。”



doi:10.1126/science.aat1780



微管在维持细胞形状、启动某些形式的运动、促进胞内转运和在有丝分裂期间分离染色体方面发挥着重要的作用。每个微管是由十三条平行的微管蛋白原丝组成的空心圆柱体。

tau蛋白有助于让微管保持稳定和成束地组装它们。突变或翻译后修饰,比如降低tau蛋白对微管的亲和力的高度磷酸化,被认为导致tau蛋白缠结物形成。

在一项新的研究中,来自美国劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的研究人员利用低温电镜技术对结合到微管上的天然的全长的成熟的tau蛋白进行成像,成像整体分辨率为4.1埃。他们证实tau蛋白沿着微管蛋白原丝(tubulin protofilament)纵向结合着,这一发现与之前的低分辨率低温电镜研究相一致。相关研究结果于2018年5月10日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Near-atomic model of microtubule-tau interactions”。论文通信作者为劳伦斯伯克利国家实验室分子生物物理学与综合生物成像部门资深科学家Eva Nogales。

tau蛋白是一种内在无序的蛋白,包括一个突出结构(projection domain)域,一个含有4个不完整重复序列的微管结合区和一个羧基端结构域。作为一种二聚体,微管蛋白是由α-微管蛋白和β-微管蛋白紧密连接在一起形成的。微管蛋白二聚体通过首尾相连形成组成微管的微管蛋白原丝。

鉴于大量的文献都未报道tau蛋白的结构,人们并不确定它实际上是否会与微管蛋白发生有序的相互作用。

为了测试关于tau蛋白的哪些氨基酸残基参与与微管蛋白结合的假设,这些研究人员构建出含有由4个相同的重复序列组成的微管结合区的合成tau构建物(synthetic tau construct),并对这些与微管结合在一起的tau构建物进行成像观察(整体分辨率为3.2~3.9埃)。Nogales实验室博士后研究员Simon Poepsel之前作为研究生时就已研究了tau的淀粉样蛋白形式,并且在纯化和制备用于低温电镜观察的样品中发挥着重要的作用。

Nogales实验室博士后研究员Elizabeth Kellogg说,“当我们最终观察到tau蛋白中的重复序列长度并且发现它具有确定的结构和结合位点时,我们意识到tau蛋白实际上与微管蛋白表面形成特定的相互作用。当我们能够让这一发现与这种重复序列的长度和我们已有的这种序列信息保持一致时,我们的关键就在于要弄清楚如何充分地对这种结构重建进行改进以便实现原子建模。”

这些研究人员寻求了Rosetta的帮助。Rosetta是一套全面的计算建模工具,用于根据氨基酸序列信息(如构象和最低能量状态)预测大分子的三维原子结构。

Nogales解释道,这些高分辨率的低温电镜图片让他的团队能够对这种分子复合物的整体形状进行限制,从而提高了这种结构模型的保真度。

针对两种不同的合成tau构建物的Rosetta结构预测都指向一个相同的解决方案:横跨3个微管蛋白单体的27个氨基酸残基的骨架区段。Nogales说,“来自两张独立的结构图的相同序列寄存器和原子细节强调了我们的这个解决方案的稳健性,并为我们的原子模型的准确性提供了高度的信心。”

Kellogg说,“我们的结构显示了tau蛋白与微管表面的主要接触位点是如何处于微管蛋白亚基之间的界面上,起着促进微管蛋白亚基之间结合的‘订书钉’的作用,并解释tau蛋白如何促进微管稳定性。这种该结构还解释了tau蛋白磷酸化如何导致它从微管上脱离下来。”

人们已观察到位点262处的丝氨酸磷酸化(在tau蛋白的重复序列中普遍保守)会减弱微管结合并且是阿尔茨海默病的一种标志物。这种结构模型表明在这个关键的锚定点发生磷酸化会破坏tau蛋白和微管之间的相互作用,从而导致“这些订书钉脱落”。这些研究人员还鉴定了在tau蛋白-微管结合中起着至关重要作用的其他氨基酸残基。(生物谷 Bioon.com)

版权声明:本文系生物谷原创编译整理,未经本网站授权不得转载和使用。如需获取授权,请点击
温馨提示:87%用户都在生物谷APP上阅读,扫描立刻下载! 天天精彩!


相关标签

最新会议 培训班 期刊库