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2018
04-16

想象一个杀手


亨廷顿舞蹈病是一种进步,致命的神经退行性疾病,是由称为亨廷顿(Htt)的一个特定基因突变引起的。自从Htt基因被鉴定以来,20多年来,研究人员一直把重点放在由Htt基因编码的蛋白Httex1上。这种蛋白质在亨廷顿舞蹈症患者的大脑中积累,并且当氨基酸谷氨酰胺的重复序列突变成称为突变扩增的聚谷氨酰胺(polyQ)道的异常长的区域时,其普遍的假设是其发生了显着的结构变化。

包括来自圣路易斯华盛顿大学的工程师在内的一批国际科学家最近首次将亨廷顿蛋白可视化。希望了解更多有关蝌蚪形结构的结构,可以帮助更好地了解疾病新疗法的发展。

现在,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的Hilal A. Lashuel的团队第一次来到瑞士洛桑联邦理工学院德国欧洲分子生物学实验室(EMBL)的Edward A. Lemke;和圣路易斯华盛顿大学的罗希特·帕普(Rohit V. Pappu)发现了Htt作为polyQ长度函数的详细结构描述。这项工作最近在美国化学学会杂志上发表。

三个步骤的研究

确保原子级结构描述的全长Htt和与疾病有关的蛋白质片段被称为Httex1一直是挑战性的,因为这些分子彼此粘附并抑制纯蛋白质样品进行结构研究。工程学院工程系教授Edwin H. Murty说:“要获得糊状物中蛋白质的结构特征是非常困难的。应用科学。

“我们的目标是深入了解如何增加polyQ尾巴重复的长度在单体水平和我们能够解除其折叠和自组装的条件下改变这种蛋白质的结构”,Lashuel教授说。生命科学和EPFL神经变性化学生物学实验室主任。

在研究的第一步,Lashuel和博士后John B. Warner IV在他们的实验室中使用了新的化学策略来生产精确,高纯度的Htt样品用于分子光谱学。但是这些只能以超低浓度进行,并且需要探测单个分子的技术。华纳和Lashuel通过生成具有位点特异性荧光标记的样本来启动这些实验。

对于该项目的第二步,华纳和Lashuel与EMBL的Lemke实验室合作进行单分子Förster(或荧光)共振能量转移(smFRET),这是一种可以测量1-10纳米之间距离的技术个别分子 - 在这种情况下,在个别Htt蛋白质内。这部分研究首次定量评估了Httex1内原子间距离随扩展突变的变化。

最后,科学家们与华盛顿大学的Pappu实验室合作,在那里开发了新颖的计算机建模方法来产生Httex1的物理准确的原子级结构模型,最适合于前面两步的所有单分子数据。结果令人惊讶:Httex1的整体结构类似于蝌蚪的结构。

Pappu说:“在结构上,Httex1是蝌蚪形的,带有球形polyQ头和一个软盘尾。 “随着polyQ长度变长,蝌蚪头部的表面积变大。这种增加的头部表面积似乎产生了相互作用,否则这些相互作用不应该存在于细胞中。“

这一发现挑战了亨廷顿舞蹈症对Httex1积累的长期观点。 “如果普遍的假设是真的,”帕普说,“那么当polyQ长度增加到阈值长度以上时,蝌蚪会变成一只”青蛙“,但似乎并非如此。新的结果反而把注意力集中在由具有较大polyQ头的蝌蚪结构驱动的新颖的功能增益 - 细胞相互作用上。“

” 当前的假设有利于一个模型,其中亨廷顿蛋白诱导的突变毒性主要是由其错误折叠和聚集的倾向驱动的,我们的发现表明单体水平上的异常相互作用也可能导致疾病的发生和/或进展,“拉uel尔说过。

“这一发现使我们能够检查这种蛋白质的哪些区域是重要的目标,并以特定的方式调节其毒性,”设计计算机模拟的Pappu实验室博士后Kiersten M. Ruff说, - 论文中的第一作者。

科学家面临的下一个挑战是要理解,当polyQ尾巴的长度超过致病阈值时,Httex1单体水平上的这些结构变化如何转化为增加的聚集和毒性。 Lashuel说:“关键是三个团队之间合作的中心地位,互补的和不重叠的专业知识,都共同致力于推动科学发展。

来源:圣路易斯华盛顿大学