Но точных знаний о механизмах, с помощью которых Hsp104 работает, чтобы исправить деформированные и слипшиеся белки, не хватало. Теперь Шортер и его коллеги обнаружили, что ранее игнорировавшаяся часть структуры Hsp104, N-концевой домен (NTD), расположенный на одном конце молекулы Hsp104, является основным игроком в ее способности уничтожать белок. Их работа была опубликована в Molecular Cell.
«Мы определили с беспрецедентной детальностью механизм, с помощью которого Hsp104 растворяет свой природный субстрат, прионы Sup35», — говорит Шортер. «Мы обнаружили, что N-концевой домен Hsp104 позволяет ферменту функционировать таким образом, чтобы обеспечить распад приона.«Прионы» — это «инфекционные» белки, которые вызывают заболевания у людей, но могут быть полезны для дрожжей.
Хотя Hsp104 обнаружен в подавляющем большинстве менее сложных организмов на планете, он каким-то образом был утерян при эволюции низших форм жизни в более сложные животные и люди. «Это во многих смыслах сбивает с толку», — говорит Шортер. "Мы не совсем понимаем, почему был потерян Hsp104.
Но это могло бы быть полезно в терапевтических целях, потому что мы могли бы добавить обратно активность, которой на самом деле нет у людей: способность быстро растворять и повторно складывать прионы."Ранее Шортер и его коллеги определили набор белков теплового шока человека, которые могут медленно растворять прионы.
Хотя предыдущая работа Шортера и других показала, что средняя часть Hsp104 жизненно важна для его активности по разрушению сгустков, N-концевой домен считался относительно неважным. «Исследователи думали, что это более незаменимая область», — говорит ведущий автор, Элизабет Суини, доктор философии, бывшая аспирантка лаборатории Шортера, которая сейчас является научным сотрудником Массачусетского технологического института. «В этой статье мы показываем, что когда вы даете Hsp104 очень сложный для расщепления белковый комок, как те, что наблюдаются в белковых включениях при нейродегенеративных заболеваниях, на самом деле это становится очень важным."
Шортер и его сотрудники использовали малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (SAXS), чтобы изучить роль N-концевого домена Hsp104, удалив его из фермента и протестировав его в различных условиях. Когда у Hsp104 отсутствует NTD (Hsp104?N) вводится в образование прионов Sup35 в пробирке, он способствует образованию прионов, а не солюбилизирует прионы.
Исследователи также заметили, что, хотя Hsp104 атакует прион Sup35, разрушая контакты головы и хвоста, которые удерживают прион вместе, Hsp104?N не смог сделать то же самое. Hsp104?N способен растворять неупорядоченные белковые агрегаты, но не может расщеплять прионы из-за их повышенной стабильности.
Суини обнаружил, что Hsp104, обычно имеющий форму короткой шестиугольной трубки, работает как перистальтический насос, который перемещает молекулы через свой центральный канал. АТФ, энергетическая молекула клетки, является топливом, питающим насос.
Измененная структура Hsp104?N значительно ухудшает этот нормальный механизм, влияя на его способность расщеплять Sup35 и другие прионы. Суини отмечает: «Hsp104 извлекает отдельные белки из прионных фибрилл, прокачивая их через свой центральный канал, и вот как он растворяет их. N-концевой домен Hsp104 позволяет ферменту функционировать более мощным образом, что способствует растворению очень стабильного дрожжевого приона Sup35."
Эти новые взгляды на работу Hsp104 открывают ряд новых направлений исследований: «Мы вышли на новый уровень понимания, который поможет нам разработать и спроектировать фермент, который будет лучше работать против белков человека, которые вызывают проблемы при заболеваниях. , "Более короткие заметки. "Нашим следующим шагом будет еще более глубокое понимание структуры Hsp104. Наш уровень структурного разрешения на данный момент составляет всего около 7 или 8 ангстрем, и мы хотели бы снизить его до атомного уровня.
Другая цель состоит в том, чтобы сконструировать N-концевой домен, чтобы он лучше работал против слипшихся белков болезней человека. До этого документа мы даже не думали об этом, потому что домен не считался важным. Это один из ключевых выводов этого исследования."