Posted in | Nanoanalysis

Berkeley Lab Wetenschappers Reveal Pad naar Protein Kristallisatie

Published on September 22, 2010 at 8:47 PM

Door het samenstellen van een kristallijne omhulsel rond een cel, oppervlakte-laag (S-layer) eiwitten dienen als eerste aanspreekpunt tussen bacteriën, extremofielen en andere soorten van microben en hun omgeving.

Nu hebben wetenschappers van de Moleculaire Foundry, een nanowetenschap gebruiker faciliteit in Berkeley Lab hebben, gebruikt atomic force microscopie op het beeld in real-time hoe de S-laag eiwitten kristallen in een cel-achtige omgeving te vormen. Deze directe waarneming van eiwitten assemblage kunnen bieden onderzoekers met inzicht in hoe micro-organismen af ​​te wenden antibiotica of lock kooldioxide in mineralen.

(Van links) Sungwook Chung, Seong-Ho Shin, James DeYoreo en Carolyn Bertozzi met Berkeley Lab Moleculaire Foundry's, gebruik hebben gemaakt van atomic force microscopie bestuderen hoe bacteriële oppervlakte-laag eiwitten kristallen in een cel-achtige omgeving te vormen. (Foto: Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Public Affairs).

"Veel eiwitten zelf-assembleren in sterk geordende structuren die organismen met kritieke functies, zoals mobiele hechting aan oppervlakken, de transformatie van CO2 in mineralen, de verspreiding van ziekte en resistentie tegen geneesmiddelen te bieden", zegt James DeYoreo, adjunct-directeur van de Moleculaire Foundry. "Dit werk is de eerste om een ​​directe moleculair-level view van de assemblage route in vitro te bieden. Zodra deze kennis kan worden uitgebreid tot de montage in een levend systeem, kan dit leiden tot strategieën voor kapitaliseren op of interfereren met deze functies. "

Het ontrafelen van de route voor S-layer vorming zorgt ervoor dat wetenschappers om te onderzoeken hoe bacteriën of andere microben interacties met hun omgeving te onderhandelen. DeYoreo en collega's werkzaam in situ atomaire kracht microscopie-a probe techniek die gebruikt wordt om een ​​kristal van het oppervlak in de natuurlijke omgeving met studie atomaire precisie-om naar te kijken S-laag eiwitten uit de oplossing monteren op een vlakke, biologisch membraan heet een lipide bilaag. In tegenstelling tot klassieke kristalgroei, waarbij atomen vorm in bevolen 'zaden' en groeien in omvang, toonde het team S-laag eiwitten vormen ongestructureerde vlekjes op de dubbellagen voordat transformeren in een kristallijne structuur in de loop van minuten.

"We kunnen echt zien dat deze eiwitten uit de oplossing steken en het regelen van de lipidendubbellagen, waar ze spontaan condenseren in vele eiwitten blobs-dan, minuten later, transformeren ze in een kristallijne structuur met een vierkant rooster van tetrameren", zegt Sungwook Chung, een staf wetenschapper in de fysieke Biosciences Division en de gebruiker op moleculair Foundry. "Dit is een belangrijke ontdekking omdat het geeft direct bewijs voor een multi-stage assemblage pad met een intermediair, amorfe fase vormen voor de vouwen in een twee-dimensionale, kristallijne matrix."

Foundry post-doctoraal onderzoeker Seong-Ho Shin, het werken met Foundry directeur Carolyn Bertozzi, zegt te begrijpen hoe de S-lagen interactie met hun omgeving kunnen helpen bij het herkennen van hoe organismen antibacteriële middelen verzetten, of hoe microben kooldioxide om te zetten in solide carbonaten. Onder de eerste eiwit structuren worden gebruikt om nanostructuren te organiseren, S-lagen zijn ook aantrekkelijk steiger sjabloon materialen voor de teelt of het organiseren van nanodraden of quantum dots.

In een studie geïnspireerd door dit werk, Foundry personeel wetenschapper Steve Whitelam gebruikt computermodellen om kristallisatie routes van model S-laag eiwitten te onderzoeken. Als model eiwitten elkaar ontmoeten, kunnen ze aan elkaar plakken op elke hoek waarin ze met elkaar botsen (gemedieerd door niet-specifieke interacties), of binden in de juiste richting nodig is om een ​​kristal (gemedieerd door directionele interactie) te vormen.

Door het aanpassen van deze interacties, Whitelam geïdentificeerd parameter regimes waarbinnen ongestructureerde klodders eiwitten vormen voorafgaand aan de kristallisatie. Zoeken door de parameter ruimte, vond hij kristallen vormen vaak meer betrouwbaar als model eiwitten directioneel en niet-specifiek interactie, in plaats van via directionele interactie alleen. Wat meer is, voegt hij eraan toe, deze bevindingen van toepassing zijn op verschillende soorten materialen.

"Veel biologische en anorganische materialen verzamelen en kristalliseren via tussenliggende fasen die vaak amorfe," zegt Whitelam, die in theorie de Foundry's van nanogestructureerde materialen faciliteit. "Ontwikkeling van een moleculair model van de kristallisatie in een bepaald systeem helpt ons om de mechanismen van kristallisatie te begrijpen in het algemeen."

Twee papers over dit onderzoek, getiteld 'Self-gekatalyseerde groei van de S-lagen via een amorfe-to-kristallijne overgang beperkt door het vouwen van kinetiek, "(Chung, Shin, Bertozzi, DeYoreo) verschijnen in Proceedings van de National Academy of Sciences en de" controle van de paden en de opbrengsten van proteïne kristallisatie door het samenspel van aspecifieke en specifieke attracties, "(Whitelam) verschijnt in Physical Review Letters, zijn online beschikbaar op (http://www.pnas.org/content/early/2010/09/ 01/1008280107) en (http://prl.aps.org/abstract/PRL/v105/i8/e088102)

Deze werken werden uitgevoerd bij de Moleculaire Foundry en ondersteund door DOE Office of Science.

Last Update: 3. October 2011 06:41

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit