像一个变压器?为新功能蛋白质的展开和折叠
这种蛋白质,称为RfaH,激活基因,使细菌细胞启动一个成功的攻击宿主,引起疾病。研究人员确定,RfaH开始在其α形式,由两个螺旋形状。之后,在它的测试形式,它就像辐条轮和被称为桶。
当RfaH再折起,它获得一个新功能——另一个发现,研究者不可能预测。
“我们表明RfaH再折起,这已经是一个足够大的交易。你可能会认为这是不可能的。这就是你告诉学校,“Irina Artsimovitch说,俄亥俄州立大学的微生物学教授和这项研究的主要作者。”,但在这种情况下,它甚至比,因为我们表明,当RfaH再折起,它获得一个新的函数。它可以做一些以前做不到。”
虽然这个过程发生在几秒钟内,Artsimovitch把重折叠比作“针织毛衣,你扯掉,然后编织成一件有不同的模式。”
该研究发表在7月20日,2012年出版的《细胞》杂志上。
研究结果对研究基因表达的控制有着重要的意义和蛋白质结构。这种不寻常的能力再折起表明RfaH和类似的蛋白质可以绑定的方式和其他分子,从未考虑。科学家工程师蛋白质可能有一个全新的步骤添加到他们的模型。现在,第一种情况的一个完整的α,β结构变化已经证明,研究人员很可能会发现其他蛋白质,可以做同样的事情。
特别是,这些发现让人想起朊病毒蛋白质,导致致命的传染性病原体脑部疾病在人类和哺乳动物。朊病毒从无害的α为传染性β折叠形式,启动一个连锁反应形成朊病毒总量大、疾病的病原体,包括克雅二氏症和牛海绵状脑病牛,也被称为“疯牛病”。
他们所有蛋白质折叠成指定的形状,由DNA序列,有一个工作在一个单元中。例如,一些蛋白质,包括RfaH打开基因表达,通常这是故事的结尾。
在这项研究中,科学界认为RfaH转录因子,分子与特定DNA序列结合控制遗传信息的运动从DNA到信使RNA。信使RNA,也称为信使RNA,蛋白质的指令作为基因表达过程仍在继续。
Artsimovitch和他的同事们最近决定,RfaH关闭一个关键差距酶RNA聚合酶,允许它保持其对DNA和启动激活的基因。RNA聚合酶负责设置在运动在所有细胞基因表达包装本身在DNA的双螺旋结构,使用一个链匹配核苷酸和遗传物质的复制。
但是研究者观察到当RfaH结合DNA和RNA聚合酶,其两部分分开,剩下一个绑定到酶和另一个坚持只有一串几个氨基酸。然后它折叠成一个完全不同的形状。
这项新研究表明,重折叠允许RfaH参与翻译,一个完全不同的基因表达。在翻译中,一个分子称为核糖体结合mRNA和使用它的指令选择氨基酸和加入成链,然后折叠组成蛋白质,基因表达的最终产品。
“你有因素,转录和翻译工作的因素。他们通常是不一样的,”Artsimovitch说。
研究早已证实RfaH是一个转录因子,这个函数是普遍的守恒的——这意味着它存在这个角色在所有生物体和已经好几代了。
但这项新的研究表明,RfaH更有效的翻译因素——约100倍作为转录因子,Artsimovitch说。RfaH在翻译更多的权力,因为它新兵核糖体的分子情况下当没有足够的信息mRNA的核糖体蛋白质结构。
“通常核糖体结合到一个特定的序列。如果没有序列,它不知道绑定。我们认为核糖体承认RfaH代替这个序列并开始翻译,”Artsimovitch说。“这就是我们要学习现在,因为它完全是前所未有的。
“RfaH可以与核糖体一旦它再折起。这是一个很聪明的办法。这是一个微小的蛋白质,但它可以绑定到核糖体RNA聚合酶和同时联系在一起。”
Artsimovitch实际上和他的同事们提出了几年前,RfaH再折起因为其观察到的结构不同于他们的预期。然而,RfaH序列可以折叠硅通过计算机模拟,到“正确”的形状。
保罗•罗斯奇在德国拜罗伊特大学的科学家和作者在这篇文章中,使用高科技的核磁共振成像测试这个想法。他的实验室发现RfaH确实可以折叠成两种截然不同的状态。然后两个实验室合作作为Artsimovitch着手确定RfaH折叠的功能意义。
Artsimovitch一直使用大肠杆菌作为这些研究的模式系统。在这些细胞中,RfaH蛋白质毒性因子,使细菌感染的能力,导致疾病。虽然这个角色不是强调在这个研究中,是有道理的,这种特殊的蛋白质会有一些特殊性质,Artsimovitch解释道。
控制细菌毒力基因以设计的方式使他们的翻译非常低效,因此,他们需要专业帮助他们表达的蛋白质。如果RfaH不折叠,使翻译,某些基因不表达,在野外,这些细菌就无法生存。
研究人员确定蛋白质的分离的领域,或部分,触发重折叠,因为他们可以复制事件实验。但是他们还没有决定什么允许发生离解,和设计模型的进一步研究重折叠过程。
“这里是一个大问题:RfaH怎么知道从哪里开始招募核糖体的消息绑定吗?我们可以告诉核糖体知道从哪里开始,但它知道如何,我们不知道,”Artsimovitch说。
这项工作是由美国国立卫生研究院的支持和脱硫(德国研究基金会)。
