В E. coli ремонт более вероятен для определённых жизненно важных белков
Исследователи из Университета Пенсильвании обнаружили, что в бактерии E. coli белки, содержащие широко распространённый структурный 3D-паттерн (мотив), с большей вероятностью неправильно сворачиваются, чем белки без него. Также выяснилось, что насколько белок важен для выживания клетки, влияет на то, насколько активно системы клеточного контроля качества исправляют неправильное сворачивание этого мотива.
Новый механизм неправильного сворачивания
Исследование сосредоточено на механизме неправильного сворачивания, связанном с потерей нековалентных лассо-запутываний (NCLEs). NCLEs возникают, когда один конец белковой «нити» (цепи аминокислот) продевается через петлю, образуя запутывание. Многие белки включают NCLEs в свою нативную структуру. Они могут неправильно свернуться, если петля закроется до продевания конца или захватит не ту часть белка.
Анализ данных протеома E. coli
Команда использовала общедоступные данные о структурах сотен белков из полного протеома E. coli. В одном наборе белки были денатурированы (развёрнуты), а затем им позволили свернуться заново, что создало потенциал для неправильного сворачивания. Затем белки в обоих наборах были разрезаны ферментами и проанализированы с помощью масс-спектрометрии. Различия в паттернах разрезания указывали на изменения в доступности участков белка из-за неправильного сворачивания.
Ключевые результаты
- Белки с NCLEs в их нативной структуре вдвое чаще неправильно сворачивались.
- Неправильное сворачивание было на 40% более вероятным в месте расположения NCLE в белке.
- Неправильное сворачивание NCLEs в белках, жизненно важных для бактерии, исправлялось шаперонами с более высокой скоростью, чем в несущественных белках.
- Статистический анализ показал, что аминокислоты, замыкающие петлю NCLEs в жизненно важных белках, как правило, образуют более слабые связи, чем в несущественных белках.
Эволюционные выводы
Исследователи предполагают, что более слабые замыкания петель в NCLEs жизненно важных белков могли эволюционировать, чтобы позволить шаперонам получать доступ и исправлять неправильно свёрнутые NCLEs в этой критической подгруппе белков. Для несущественных белков не было эволюционного давления для исправления их неправильного сворачивания, так как они, вероятно, могли сохраняться в неправильно свёрнутом состоянии, не нанося большого вреда бактерии.
Значение и перспективы
Это первое высокопроизводительное исследование неправильного сворачивания NCLEs, изучавшее сотни белков одновременно. Хотя работа использовала данные по E. coli, известно, что этот тип неправильного сворачивания происходит и у других организмов, включая человека. Поскольку неправильное сворачивание белков связано с несколькими заболеваниями человека, дальнейшее изучение NCLEs может привести к лучшему пониманию некоторых из этих болезней и потенциально к новым методам лечения.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.