Изследователите на NIH разработват триизмерна структура на блещукащ протеин

Изследователи от Националния институт по здравеопазване са разработили триизмерна структура, която им позволява да видят как и къде болестните мутации на белтъка на мигането могат да доведат до митохондриални заболявания. Протеинът участва в подпомагането на клетките да използват енергията, която тялото ни преобразува от храната. Преди разработването на тази 3D структура, изследователите имаха само модели и не успяха да определят как тези мутации допринасят за заболяването. Митохондриалните заболявания са група наследствени заболявания, които засягат 1 на 5000 души и имат много малко лечения.

За първи път можем да картографираме мутациите, които причиняват редица от тези опустошителни болести. Клиницистите вече могат да видят къде се намират тези мутации и могат да използват тази информация, за да помогнат за определяне на причините и да помогнат на семействата да направят избор, включително решения за раждане на повече деца.”

Аманда А. Ричо, д-р, водещ автор, изследовател в Националния институт по здравни науки за околната среда (NIEHS) Група за репликация на митохондриална ДНК

Новите открития ще бъдат особено подходящи за разработване на целеви лечения за пациенти, които страдат от митохондриални заболявания като прогресивна външна офталмоплегия, състояние, което може да доведе до загуба на мускулни функции, участващи в движението на очите и клепачите; Синдром на Perrault, рядко генетично заболяване, което може да причини загуба на слуха; спиноцеребеларна атаксия с инфантилно начало, наследствено неврологично заболяване; и синдром на изчерпване на хепатоцеребрална митохондриална ДНК (mtDNA), наследствено заболяване, което може да доведе до чернодробна недостатъчност и неврологични усложнения по време на ранна детска възраст.

Статията, която се появява в Сборника на Националната академия на науките, демонстрира как изследователите от NIEHS са първите, които точно картографират клинично значими варианти в мигащата хеликаза, ензимът, който развива двойната спирала на митохондриалната ДНК. Блестящата структура и всички координати вече са достъпни в отворената банка данни за протеини, която е свободно достъпна за всички изследователи.

„Структурата на twinkle е убягвала на изследователите в продължение на много години. Това е много труден протеин за работа“, отбеляза Уилям С. Копланд, доктор, който ръководи групата за репликация на митохондриална ДНК и е съответният автор на статията. „Чрез стабилизиране на протеина и използване на най-доброто оборудване в света, ние успяхме да изградим последната липсваща част за човешкия митохондриален ДНК репликом.“

Изследователите са използвали криоелектронна микроскопия (CryoEM), която им позволява да видят вътре в протеина и сложните структури на стотици аминокиселини или остатъци и как те взаимодействат.

Митохондриите, които са отговорни за производството на енергия, са особено уязвими към мутации. Мутациите на mtDNA могат да нарушат способността им да генерират енергия ефективно за клетката. За разлика от други специализирани структури в клетките, митохондриите имат собствена ДНК. В ядрото на клетката има две копия на всяка хромозома, но в митохондриите може да има хиляди копия на mtDNA. Наличието на голям брой митохондриални хромозоми позволява на клетката да толерира няколко мутации, но натрупването на твърде много мутирали копия води до митохондриална болест.

За да проведат проучването, изследователите са използвали клинична мутация W315L, за която е известно, че причинява прогресивна външна офталмоплегия, за да разрешат структурата. Използвайки CryoEM, те успяха да наблюдават хиляди протеинови частици, появяващи се в различни ориентации. Крайната структура показва многопротеинова кръгова подредба. Те също така използваха масспектрометрия, за да проверят структурата и след това направиха компютърни симулации, за да разберат защо мутацията води до заболяване.

За миг те успяха да картографират до 25 болестотворни мутации. Те откриха, че много от тези болестни мутации се картографират точно на кръстовището на две протеинови субединици, което предполага, че мутациите в този регион ще отслабят начина, по който субединиците си взаимодействат и ще направят хеликазата неспособна да функционира.

„Подреждането на блещукането много прилича на пъзел. Клинична мутация може да промени формата на блещукащите парчета и те вече може да не пасват заедно правилно, за да изпълняват предвидената функция“, обясни Ричио.

„Това, което е толкова красиво в д-р Ричио и работата на екипа, е, че структурата ви позволява да видите толкова много от тези болестни мутации, събрани на едно място“, каза Матю Дж. Лонгли, доктор, автор и изследовател на NIEHS. „Много е необичайно да видим една статия, която обяснява толкова много клинични мутации. Благодарение на тази работа, ние сме една крачка по-близо до получаването на информация, която може да се използва за разработване на лечения за тези инвалидизиращи заболявания.“

източник:

Препратки към списанието:

Ричо, АА, et al. (2022) Структурен поглед и характеризиране на човешката Twinkle хеликаза при митохондриална болест. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2207459119.

.

Leave a Comment