Synthese eines symmetrischen Propellerproteins mit potenziellen Biotech-Anwendungen

Synthese eines symmetrischen Propellerproteins mit potenziellen Biotech-Anwendungen

Video: Oberschwingungen einfach erklärt (Kann 2020).

Anonim

von RIKEN

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Die Untersuchung der Struktur von Proteinuntereinheiten und ihrer Verbindung zu größeren Proteinen mit mehreren Einheiten, wie z. B. β-Propellern, kann wichtige Einblicke in die Entwicklung und Aktivitäten dieser Proteine ​​liefern. Es könnte auch den Entwurf neuer Proteinstrukturen für den Einsatz in biotechnologischen Anwendungen leiten. Forscher von RIKEN und der Yokohama City University verwendeten eine Computertechnik, um eine Familie von Proteinen, die als β-Propeller bekannt sind, zu dekonstruieren und neu zu konstruieren.

Die β-Propellerproteine ​​werden so genannt, weil sie aus mehreren charakteristischen flachen Strukturen bestehen, die in einer propellerartigen Form angeordnet sind. Die heutigen β-Propeller-Proteine ​​sind nicht symmetrisch und haben geringfügig unterschiedliche Proteinsequenzen in jedem "Flügel" des Propellers. Es wird allgemein angenommen, dass diese Asymmetrie auf die Verdoppelung eines einzelnen Gens zurückzuführen ist, gefolgt von der Anhäufung von Mutationen, die die Variationen in einzelnen Blättern hervorrufen.

"Unser Ziel war es, diesen Evolutionsprozess rückgängig zu machen", sagt Voet, eines der Mitglieder des Forschungsteams am RIKEN-Zentrum für Biowissenschaftliche Technologien. "Wir haben versucht, eine Sequenz zu finden, die sich zu einem perfekt symmetrischen β-Propeller zusammenfügen lässt." Frühere Versuche, diese perfekte Symmetrie zu erreichen, waren fehlgeschlagen, aber ein neuer und schneller Berechnungsansatz erwies sich als erfolgreich. Der Erfolg stützt die Idee, dass moderne β-Propeller durch Vervielfältigung und Mutation eines gemeinsamen Vorfahrengens entstanden sind.

Die Forscher untersuchten die Aminosäuresequenzen vieler sechsblättriger β-Propeller-Proteine, die in einer Proteindatenbank aufgeführt sind, und verwendeten ein Rechenverfahren, um die wahrscheinlichste Aminosäuresequenz der Vorfahren für alle Proteine ​​vorherzusagen. Anschließend verwendeten sie gentechnische Standardmethoden, um das mögliche Stammprotein in Escherichia coli-Zellen zu produzieren. Die resultierenden Proteinmoleküle bildeten sich selbst zu einer perfekt symmetrischen Propeller-Struktur mit sechs Flügeln zusammen (Abb. 1).

Die Wissenschaftler nannten dieses Protein Pizza 6 aufgrund der Ähnlichkeit jeder Klinge mit einem Stück Pizza. "Unseres Wissens ist dies das erste perfekt symmetrische β-Propeller-Protein, das synthetisch hergestellt wird", erklärt Voet. Das Herstellen und Mischen modifizierter Versionen der Proteinklingen ergab eine Vielzahl verwandter Strukturen mit bis zu 42 Klingen. Voet mag den Ansatz, Bausteine ​​zusammenzuschnappen, um neue Strukturen zu bauen.

Neben der Unterstützung von Theorien zur Proteinentwicklung könnten die Erkenntnisse, die durch die Synthese und den Aufbau von symmetrischem β-Propellerprotein gewonnen wurden, zu praktischen Anwendungen führen. "In Zukunft könnten wir mit unserem Verfahren Proteine ​​herstellen, die sich zu größeren Formen zusammensetzen, um beispielsweise Medikamente zu transportieren oder Krebszellen zu erkennen, um Wirkstoffmoleküle freizusetzen", sagt Voet.