구조 활동 관계: 분자는 왜 변형합니까?

Gerry Ronan, CEO 의 원방 단 주식 회사 박사.
대응 저자: gronan@farfield-group.com

배경

생화학은 약한이, 비 공유 원자가, 다양한 반응 병력에 지속적으로 하고 끊기는 큰 생물 고분자 물질 사이 유대 특징입니다. van der Waal 모형 군대에 의해 대표된 상호 작용 군대는 6의 힘에 상호 작용 거리를 거쳐 변화할 수 있고 그러므로 1개의 분자의 능력은에 "적합하거나" 겹의 모양에 따릅니다 또는 또 다른 한개에 포켓은 반응을 몹니다.

반대로, 의무적인 파트너는 유생분자 (예를들면 단백질)의 그로 인하여 반응을 통제하는 잠재적인 생화확적인 활동을 가능하게 하거나 무능하게 하기 위하여 구조를 왜곡할 수 있습니다. 실제로, 이것은 작은 분자가 선택적으로 상호 작용하고 질병 기계장치에서 내포된 표적 단백질의 구조를 왜곡하는 그들의 기능을 위해 디자인되는 약제 내정간섭의 뒤에 기본적인 전제입니다.

이중 분극 간섭 측정은 (DPI) 그것의 직경 (또는 규모) 및 조밀도 (단위 부피 당 i.e 방법 단단히 그것이라고 접히는 인, 그것의 질량을 측정해서 단백질의 구조를 또는 단백질을 결합하고 비 회절 광학을 사용하여 시험해 유리 슬라이드에) 측정합니다. 방법에는 즉시에서 아원자 차원에 단백질 구조를 (0.1 Å 훨씬 아래) 해결하고 단백질 특성의 필드, proteomics의 과학에 있는 필수적인 훈련에 있는 연구원 중 성장하고 있는 합격이 있습니다.

원방에서는, 우리의 일은 모양의 직접 측정 또는 유생분자의 구조의 주위에 지난 십년간 유생분자가 작용하는 때 이것이 변경하는 방법 회귀하고. 구조 활동 관계를 감시하는 이 기능은 (CAR) 유리 슬라이드에 붙잡은 상호 작용 유생분자의 분자 규모 그리고 겹1 조밀도를 (및 그러므로 한덩어리로 만드십시오) 측정하는 이중 분극 간섭계로 알려져 있는 benchtop 분석적인 공구에서 명시됩니다. 기술에는 picometer 해결책이 있고, 실시간 이고 자유롭게 레테르를 붙이고 이미 세계 19개의 국가를 통해 성장하고 있는 userbase가 있습니다.

구조 활동 관계의 중요성 (CAR)

(질병 기계장치에서 내포되는) 예를 들면 약제 디자인에서, 전통적인 약 심사 과정 의지는 단백질 표적 대로 선택적으로 행하는 그들의 기능을 기준으로 하여 상호 작용의 친화력으로 불린 많은 천의 도서관에서 후보자를 수백만가 아니라면 선정합니다. 높은 친화력 상호 작용은 후보자의 아주 낮은 사격량에 생길 수 있고 그러므로 후보자는 부작용을 다른 곳에 유도하게 거의 없습니다. 그러나, 높은 친화력은 후보자가 유생분자 정확하게 또는 전혀 따르고 있다 아무 보험도 주지 않습니다. 그것의 친화력을 강화하기 위하여 (분자 기술설계에 의하여) 그 때 낙관될 수 있던 요구한 활동을 위한 정확한 구조를 유도하는 더 낮은 친화력 분자가 있는 것이 낫지 않ㄹ을?

간단한 예는 표적 단백질 (nvCJD에서 내포되는 프리온 단백질)가 다수 금속 이온의 다른 사격량에 의해 도전되는지 곳에 아래에 보여집니다. 각 사격량에 관련된 금속 이온의 질량에서 친화력 (및 화학량론) 측정될 수 있습니다. 규모와 조밀도 단면도 사람에서 코발트는 분자를 왜곡하지 않다는 것을 유사한 친화력이 있는 아연에는 동안에 즉각 볼 수 있다 그러나, 합니다.

게다가, 구리 (단백질의 규모 감소 및 그것의 조밀도에 있는 증가로 보이는 압축)의 경우에 분명한 conformational 변경은 완전히 아연을 가진 conformational 변경이 완전히 반전하더라도 반면 반전하지 않습니다 (i.e 다른 안정되어 있는 구조 또는 isoform로 튀겼습니다). 유사한 친화력과의 3 상호 작용에서 3개의 다른 구조 활동 관계.

숫자 1. 프리온 단백질 (PrP)에 묶는 금속 이온의 유사한 친화력 의무적인 상호 작용을 위한 다른 구조 활동 관계의 보기. conformational 변경이 수 있는지 어느 것을에서) 상호 작용 친화력이 수 있는지 어느 것을에서지 다른 금속 이온의 협회 그리고 분리의 질량 (산출될)와 대응 규모와 조밀도 단면도는 다른 사격량에 보입니다 (측정될. 최대 conformational 변경은 (Cu) 0.04nm이고 각 도전은 5 작은 주입이었습니다. (기후 Univ., 일본의 데이터 의례)

박막에 있는 Conformational 변경

연약한 사정 (예를들면 중합체)는 또한 유사한 찡그림에 지배를 받고 수시로 그것 nanoscale에 정의 특징인 이 가단성 성격입니다. 이중 분극 간섭 측정은 (DPI) 또한 중합체에 있는 이 변경을 성격을 나타내기 가능하, 필름 간격을 둘 다 측정하 중성자 반영과 같은 그밖 분석 기술을 가진 R.i. 그리고 계약은 및 ellipsometry 숫자2 2.에서 아래에 보이는 바와 같이 우수합니다. ellipsometry와는 다른, 그러나, DPI는 간격을 결정하고 독단적으로 얇은 층에 그리고 중성자 데이터, 와는 다른 서로은 별도로 RI 실험적이고 제어 채널을 가진 benchtop 체재에 있는 즉시에 이것을 할 것입니다.

DPI의 숫자 2. 비교와 고분자 전해질 다중층 구조물의 ellipsometery 측정. 간격 (d)와 R.i.를 위한 두꺼운 층 계약에 (n)는 우수합니다. ellipsometry 감소된 간격에 DPI가 대체 긍정 적이고 및 마이너스로 충전된 층 예금과 관련되는 조밀도에 있는 진동을 제시하는 얇은 층을 독단적으로 측정하는 수 있는 동안 RI (간격)의 지식을 간격 요구합니다 (또는 RI를) 산출하기 위하여. (YKI, 스톡홀름의 데이터 의례)

그 같은 각자에 의하여 조립된 구조물의 다른 많은 보기는 공부한 예를 들면 DNA multilayers, 3chitosan/헤파린4및 계속 고분자 전해질입니다5,6.

당연히 의무적인 사건을 관련시키지 않는 관심사의 conformational 개편의 많은 모형이 있습니다. PH를 바꾸기 때문에 중합체 붇는 것은 일반적으로 "큰 물리학과" 관련되었던 해결책에 신속하고 쉽게 다시 성격을 나타낼 수 있는 1개의 그 같은 프로세스입니다. 간단한 예는 숫자 3에서 많은의 표면에 의하여 붙잡은 박막이 PH의 범위를 통해 (allylamine) 공부되는 곳에 보입니다. 낮은 PH에, 중합체의 protonation는 층이 동안 높은 PH에 층 계약체결 및 조밀도 증가 붇는 원인이 되.

이중 분극 간섭 측정에 의해 측정되는 protonation 때문에 숫자 3. 중합체 붇기

이 측정은 또한 1개의 isoform에서 다른에 전환이 또한 다른 온도, PH, 이온 세기, 용매 그밖 환경 refolding 조건의 매트릭스에서와 isoform 안정성 성격을 나타낼 수 있는 생물 고분자 물질까지 미칠 수 있습니다.

이중 분극 간섭 측정의 미래

2003년에 그것의 소개부터7, 이중 분극 간섭 측정은 생활 및 물리학 둘 다에 있는 전세계 연구원의 광범위에 의해 채택되었습니다. 이하 원자 해결책에 분자 구조를 측정하고 성격을 나타내는 그것의 기능은 nano와 생물 과학 연구를 위한 기본적으로 새로운 기회를 만들었습니다. 기계 사용의 최신 발생은, 4D 생물 워크 스테이션 단백질 용해와 그밖 분자 상전이의 측정을 허용하는 65°C에 확장되는 온도 도 할 수 있습니다.

다른 온도에 상호 작용의 활동 그리고 친화력을 성격을 나타내서 뿐만 아니라 연결 또한 conformational 변경의 자유 에너지, 엔탈피 및 엔트로피의 양을 정하는 것도 가능합니다8. 이것은 단 하나 실험에서 연결 단순히 refolding의 친화력, 활동, 열역학 및 conformational 변경의 직접 측정을 처음으로 허용합니다.

숫자 4. 자동화된 견본 소개를 가진 이중 분극 간섭계 benchtop 계기.

장래에 더 높은 처리량 및 더 작은 견본 양은 응용을 가리기를 위해 요구될 것입니다 그러나 또한 4D 생물 워크 스테이션 extracted.from일 수 있는 분광 정보의 다른 많은 수준이 있습니다. 아주 초기 단계 단백질 수정같은 핵형성의 측정은 광학적인9 손실을 사용하여 이미 지질 bilayers에 있는 명령 그리고 무질서를 측정하도록 단백질 지질 상호 작용을 성격을 나타내는 위하여 복굴절이 지금10 이용되고 있는 하는 동안 설명되었습니다. 11다음 십년간 동안 우리의 비전은 이 차원에 있는 특성의 절조를 확실하게 분자 세계를 조명하기 위하여 또한 강화하기 위한 것입니다!


참고

1. Swann M.J., Freeman N.J 의 G. 교차하는 Dual Polarization 간섭 측정: (단단한/액체 공용영역에 생물) 분자 오리엔테이션, 구조물 및 기능 측정을 위한 실시간 광학적인 기술. 에서: 바이오 센서와 바이오칩 의 2 양 세트 (2007년)의 수첩. Ed: R.S. Marks, C.R. Lowe, D.C. Cullen, H.H. Weetall, I. Karube. 윌에이, ISBN: 978-0-470-01905-4, Vol1, 부 4, ch33, pp549-568.
2. Halthur T., Claessen P., Elofsson U., 폴리펩티드 Multilayers에 사기질 매트릭스 유래물 단백질의 동원정지, Ellipsometry 의 방산 및 이중 분극 간섭 측정을 가진 수정 결정 미량 천칭을 사용하는 비교급 제자리 측정. Langmuir (2006년) 22(26) 11065-71.
3. 이 L., 존스턴 A.P., Caruso F., DNA 다중 층막의 소금 그리고 열 안정성 oligonucleotide 길이를 통해 조작. Biomacromolecules (2008년) 11월 9(11)일: 3070-8. Epub 10월 2008일 1.일.
4. Lundin M., Blomberg E., Tilton R.D., Chitosan의 층 에 의하여 층 회의에 있는 중합체 역동성 및 헤파린, Langmuir 의 가능한 빨리 약품, 출판일 (웹): 11월 18일, (2009년) (약품) DOI: 10.1021/la902968h.
5. Aulin C., Varga I., Claesson P.M., Wågberg L., Lindström T., polyethyleneimine의 고분자 전해질 multilayers의 형성 및 방산을 가진 제자리 이중 분극 간섭 측정 그리고 수정 결정 미량 천칭에 의해 공부되는 microfibrillated 셀루로스. Langmuir, (2008년) 3월 18일; 24(6): 2509-18. Epub (2008년) 2월 16일.
6. 차선 T.J., FletcherW. R., Gormally, M.V., Johal M.S. 의 이중 光速 분극 간섭 측정은 고분자 전해질 흡착의 기계학적인 양상을 해결합니다. Langmuir, (2008년) 가능한 빨리 약품, 웹 보도 시한: 9월 10일, (2008년).
7. Swann M.J., Freeman 뉴저지, Carrington S., Ronan G., Barrett P., 단백질 상호 작용의 구조적인 변화 그리고 화학량론의 규모와 조밀도 윤곽을 그리기를 사용하는 양을 정하기. 펩티드 과학에 있는 편지 (2003년) 10 487-494.
8. van't Hoff 및 Eyring 방정식 사용하기.
9. Boudjemline A., Clarke D.T., Freeman 뉴저지, Nicholson J.M., 죤스 G.R. 의 나오는 광학적인 도파관 기술 J. Appl에 의해 제시되는 단백질 결정화의 초기 단계. Cryst. (2008년). 41, 523-530. doi: 10.1107/S0021889808005098.
10. Mashaghi A., Swann M., Popplewell J., Textor M., Reimhult E., 도파관 분광학에 의해 및 항문 지원된 지질 bilayer 대형 활동의 연구 결과에 그것의 응용 시험되는 지원된 지질 구조물의 광학적인 이방성. Chem., 80 (10), 3666-3676, (2008년). PMID: 18517221 웹 보도 시한: 19, 4월. (2008년); (약품) DOI: 10.1021/ac800027s.
11. Sanghera N., Swann M.J., Ronan G., Pinheiro T.J., 지질 막에 프리온 단백질의 집단에 있는 초기 사건으로 통찰력, Biochimica 등등 Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 의 양 1788년 의 문제점 10, 2009년), 페이지 10월 (2245-2251.

, 저작권 AZoNano.com Gerry Ronan (원방 단) 박사

Date Added: Feb 14, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:23

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