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Les Chercheurs de Laboratoire de Berkeley Découvrent l'Action Niveau atomique des Moteurs De Forme Annulaire de Protéine

Published on November 19, 2009 at 6:52 PM

L'action niveau atomique d'une classe remarquable des moteurs de forme annulaire de protéine a été découverte par des chercheurs avec le Laboratoire National de Lawrence Berkeley (Laboratoire de Berkeley) utilisant un beamline de pointe de cristallographie de protéine à la Source Lumineuse Avancée (ALS). Ces moteurs de protéine jouent des rôles pivot dans l'expression du gène et la réplication, et sont indispensables à la survie de toutes les cellules biologiques, ainsi que d'agents infectieux, tels que le papillomavirus humain, qui a été lié au cancer cervical.

James Berger (laissé) et Nathan Thomsen ont résolu la structure d'un moteur important de protéine appelé le facteur d'achêvement de transcription de Rho utilisant les capacités de cristallographie de protéine de Beamline 8.3.1 à la Source Lumineuse Avancée du Laboratoire de Berkeley. (Photo par Roy Kaltschmidt, Affaires de Pubilc de Laboratoire de Berkeley)

James Berger, un biochimiste et un biologiste structurel qui retient des rendez-vous communs avec les Biosciences Matérielles Division du Laboratoire de Berkeley et le Service de Berkeley d'Université de Californie de Moléculaire et Biologie Cellulaire, et Nathan Thomsen, un étudiant de troisième cycle à son organisme de recherche, ont capturé un shapshot critique d'action d'une enzyme connue sous le nom de facteur d'achêvement de transcription de Rho. Dans les bactéries, la protéine de moteur de Rho grippe à une région particulière d'ARN messager et transfère le long du réseau pour mettre fin sélecteur à la transcription aux remarques discrètes le long du génome.

« Nous avons prouvé que le facteur d'achêvement de transcription de Rho d'Escherichia coli fonctionne comme une engine rotatoire, tout comme les moteurs trouvés sur certaines classes des avions de propulseur, » dit Berger. « Pendant Que les rotations de moteur, alimentées par l'énergie chimique en nucléotides d'ATP, il tire l'ARN que les torons par lui est intérieur, une action qui permet au Rho de marcher le long de l'ARN enchaîne. Intéressant, la commande d'allumage rotatoire du moteur est décentrée de sorte que la protéine de Rho puisse marcher dans seulement un sens le long du réseau d'ARN. »

Berger et Thomsen sont les co-auteurs d'un enregistrement de papier les résultats cette recherche qui a été publiée dans la Cellule de tourillon. Le papier est intitulé : « Faisant Fonctionner à l'envers : la base structurelle pour la polarité de translocation dans des hélicases hexameric. »

Le facteur de Rho est un membre du superfamily hexameric de hélicase des enzymes - protéines de forme annulaire composé de six sous-unités ou « cylindres indépendants. » Des hélicases de Hexameric sont trouvées dans tous les organismes et sont concernées en déroulant et en déménageant des torons d'ADN et d'ARN autour de la cellule. Il y a deux sous-familles des enzymes hexameric de hélicase : AAA+ et RecA. Le Rho appartient à la famille de RecA, qui est la plus commune dans les bactéries. Des moteurs d'AAA+ sont principalement trouvés dans les eucaryotes, y compris des êtres humains, ainsi que quelques virus humains, tels que le papillomavirus. Ces moteurs sont descendus d'un ancêtre commun loin dans l'évolution, mais ont les propriétés distinctes, spécialement ils marchent le long des pistes d'acide nucléique dans les sens inverses. Les Scientifiques ont ont voulu savoir pourquoi le mouvement décentré de ces moteurs diffère, Berger explique.

« Si vous voulez comprendre comment une enzyme fonctionne, et développe peut-être éventuellement le médicament thérapeutique qui s'encrassera vers le haut des travaux et arrête le moteur de réaliser son travail, il aide à le savoir à ce que le moteur ressemble, » dit. « Nous sommes le premier groupe pour déterminer la structure cristalline d'une classe de RecA de hélicase de hexamer dans une condition de translocation liée à sa piste d'acide nucléique et ATP. Ce faisant, nous avons fortuitement attrapé le moteur en plein pendant le cheminement le long d'un réseau d'ARN. »

Berger et Thomsen ont résolu la structure de ce moteur de protéine de Rho utilisant les capacités de cristallographie de protéine d'ALS Beamline 8.3.1. Les ALS sont un synchrotron d'électron conçu pour accélérer des électrons aux énergies de presque deux milliards de volts d'électron (GeV) et pour les orienter dans une poutre serrée autour d'une sonnerie de mémoire. Des Poutres de la lumière d'ultra violet et de rayon X sont extraites de ce faisceau d'électrons par l'utilisation des dispositifs magnétiques de courbure, de wiggler ou d'undulator. Ces faisceaux lumineux sont cents millions de fois plus lumineuses que ceux des meilleurs tubes à rayons X. ALS Beamline 8.3.1 sont actionnés par un aimant supraconducteur de courbure, ou le « superbend, » et ont les installations expérimentales qui offrent à multiple-longueur d'onde la diffraction anormale (FOLLE) et à capacités monochromatiques de cristallographie de protéine.

« L'intense luminosité des faisceaux de rayons X et les capacités expérimentales chez Beamline 8.3.1 étaient critiques à notre réussite, » dit Berger, un des porte-parole scientifiques pour le beamline.

Quels Berger et Thomsen trouvés de leurs études structurelles étaient les éléments obligatoires de cet nucléique-acide à l'intérieur de la spirale de sonnerie de Rho autour de six bases d'ARN. Quand les accepteurs d'ATP qui sont accouplés à cette release de segment d'ARN leur énergie chimique par l'hydrolyse du nucléotide, ils font ainsi d'une façon séquentielle qui propage autour de la sonnerie hexameric. Cette énergie chimique est convertie en mouvement mécanique qui dicte le sens rotationnel du moteur de Rho basé sur la commande d'allumage des sites d'ATP.

« Pensez à elle aiment les cylindres dans une engine radiale, » Berger dit. « L'essence et l'admission entrent d'un côté, menant aux mouvements qui font tourner les cylindres autour un arbre à cames central d'ARN. Cependant, parce que les cylindres se trouvent réellement hors du plan, ils marchent le long de l'arbre à cames pendant qu'ils déménagent. »

Dans leur étude, Berger et Thomsen ont constaté que la nature a évolué un mécanisme rotatoire assimilé pour la protéine du papillomavirus E1, une hélicase hexameric de famille d'AAA+. Leur analyse a prouvé que le moteur E1 déménage le sens inverse le long d'un réseau nucléique parce que la commande d'allumage rotationnelle des sites d'ATP est renversée réellement. La Détermination de la structure moléculaire des moteurs de protéine et l'apprentissage comment elles fonctionnent est critique non seulement à la compréhension de base des principes moléculaires qui règlent la cellule, mais également à faciliter des efforts pharmaceutiques de découverte de médicaments.

Le « ADN et l'ARN sont grands et les polymères macromoléculaires encombrants qui présentent un défi aux machines moléculaires qui doivent accéder à leur information génétique, » dit Berger. « Il y a eu deux autres modèles proposés pour ces moteurs de protéine en plus du rotatoire, d'un un type de moteur de putt-putt, dans lequel tous les éléments obligatoires actifs hydrolysent l'ATP simultanément, et de l'autre un modèle stochastique, par lequel des sites d'ATP soient allumés au hasard. Nous avons prouvé que les moteurs de style RecA utilisent le modèle rotatoire. »

Cette recherche a été supportée par le financement à partir des Instituts de la Santé Nationaux et le G. Harold et Leila Y. Mathers Foundation.

Last Update: 13. January 2012 11:55

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