核磁共振(NMR)是一个独特的强大的审问方法在高分辨率的生物分子,因为它使科学家研究蛋白质,寡核苷酸和核糖核酸(RNA)在生理条件下,细胞内。蛋白质,无与伦比的多样性和复杂性,提供了一个有趣的测试地面核磁共振技术。生物分子的三维结构决定了其生理功能,结构的变化和异常蛋白质构象的形成导致疾病。科学已经受益于核磁共振的揭示生物分子的构象和行动的方式与潜在使用小分子药物。

核磁共振来确定生物分子结构

研究者们用核磁共振方法确定分子结构和交互,与发展潜力的长期目标药物来治疗疾病。一个突出的例子工作是确定的高分辨率结构哺乳动物蛋白质转运蛋白(TSPO),这增加了表达区域的脑损伤和炎症。研究表明,耦合TSPO诊断配体称为PK11195稳定其结构,使结构被确定为五螺旋束。¹

的18-kilodalton TSPO转运蛋白蛋白质存在于线粒体膜和线粒体介导胆固醇和卟啉的导入。符合TSPO线粒体功能的角色,TSPO配体用于各种诊断和治疗应用在动物和人类。NMR是用来确定三维高分辨率洗涤剂的哺乳动物TSPO重组结构胶束在复杂的高亲和性配体PK11195。TSPO-PK11195结构被紧束5跨膜α螺旋,形成一个疏水口袋接受PK11195。Ligand-induced稳定TSPO表明结构的分子机制的刺激胆固醇运输到线粒体。

高场核磁共振对这项工作至关重要,通过允许特定的距离1 h、13 c和15 n核确定使用核奥佛好塞光谱学(NOESY)。结果是更清楚的了解TSPO识别和结合诊断标记和药物,明确诊断和治疗的意义。

神经退行性疾病

核磁共振研究也很有帮助的蛋白质参与神经退行性疾病,特别关注三个多肽-τ,amyloid-βα-synuclein——形成不溶性存款,是阿尔茨海默氏症和帕金森氏症的标志。例如,最近的工作的形成不溶性的观察过程,这是存款(τ)在老年痴呆症患者的大脑,和团队确认液-液分离阶段是一个关键的驱动因素。²

多年的核磁共振光谱被用来理解τ的结构,以及它的功能和机制的行动。核磁共振提供详细的见解的结构多态性τ,磷酸化在不同网站,聚合抑制剂在τ分子结构的影响,和不溶性的纤维层τ存款以前所未有的细节。此外,数据收集关于τ与微管和肌动蛋白丝,之间的相互作用以及分子伴侣的一半。

突破性的发现

异常蛋白质折叠在液-液分离的州,可溶性低聚物和淀粉样原纤维与神经退行性疾病的进展,有关和τ和α-synuclein蛋白质不溶性存款病理特征的各种神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。本研究提供机械的见解tau蛋白的错误折叠和致病性协会在阿尔茨海默病通过生物物理分析利用高分辨率核磁共振光谱学和生化实验以及协作研究细胞/阿尔茨海默氏症的动物模型。目标是确定新目标/构象/小分子干预机制,,因此,神经退行性疾病的诊断和治疗的新策略。

分子拥挤的τ是相分离过程的结果被发现二维1 h / 15 n关联能谱法(HSQC)τ耦合的顺磁标记。在这个研究结果引发了全球广泛的在不同的实验室研究。

图1:阿尔茨海默病相关蛋白的分子聚集在液-液阶段分离冷凝了核磁共振光谱学。(一)用荧光显微镜观察液体滴τ。在2 d 1 (B)顺磁展宽h-13c HSQC microtubule-binding域的光谱在5°C(τ离开;分散相)和37°C(右;相分离条件)的四个苏氨酸残基。microtubule-binding域τ与MTSL标记的两个半胱氨酸。顺磁和抗磁性状态是由金和黑色颜色,分别。转载来自ref。[2]基于知识共享许可协议(CC到4.0,http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。

下一个步骤

NMR允许科学家研究生物分子在溶液中到处移动,和不同的形状需要执行不同的活动。此外,它使分子的可视化实时获得至关重要的见解如何执行它们的功能和修改的酶。这个开创性工作的目标是带来更好的治疗那些患有神经退行性疾病。

1。JaremkoŁ,Jaremko M,马毛绳K,贝克尔年代,Zweckstetter M .线粒体蛋白转运蛋白的结构在复杂诊断配体。科学。2014,343 (6177):1363 - 1366。doi:10.1126 / science.1248725

2。Ambadipudi年代,Biernat J,里德尔D, Mandelkow E, Zweckstetter m .液-液相分离的蛋白质microtubule-binding重复痴呆混乱的情况也增多τ。Nat Commun。2017;8 (1):275。doi:10.1038 / s41467 - 017 - 00480 - 0

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