معلومة

هل من الممكن عزل وتحليل المواد الوسيطة لطي البروتين؟

هل من الممكن عزل وتحليل المواد الوسيطة لطي البروتين؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أود أن أعرف ما إذا كان هناك اختبار يمكن أن يسمح لنا بتحليل البروتين قبل أن يتخذ شكله الوظيفي ثلاثي الأبعاد. أثناء دراسة علم الأحياء البنيوي ، تعرفت فقط على القوى التي تعمل على استقرار الهيكل ، ولكن ليس الفجوة بين الملف العشوائي الأصلي والبروتين في شكله الأصلي.


من الناحية النظرية النمذجة الجزيئية - راجع أعمال Harold Scheraga: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/؟term=Harold+Scheraga٪5BAuthor٪5D


ملحوظة: البروتين غير المطوي ليس ملفًا عشوائيًا.

Fitzkee & Rose (2004) PNAS 101: 12497-12502 ؛ التركيز منجم:

البروتينات المشوهة منحازة تجاه مطابقة محددة، في ... يتعارض مع نموذج الملف العشوائي

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15314216


هذا صعب. تحتاج إلى استخدام طرق التدفق المتوقف (CD ، التألق ، الرنين المغناطيسي النووي) أو طرق الجزيء الفردي. ما الذي تريد معرفته بالضبط عن البروتين؟ أعني ، سيكون من الصعب الحصول على بنية ثلاثية الأبعاد دقيقة كاملة ، حيث لا يمكنك بلورة وسيط. بصرف النظر عن ذلك ، إذا كان لديك محاكاة دقيقة للطي لهذا البروتين ، يمكنك بالطبع معرفة ما هي الوسائط الشائعة. أنا متأكد من أنه إذا كان لديك خوارزميات طي بروتين Rosetta ، فأنت تعرف الهيكل النهائي ، يمكنك حساب الوسطاء المحتملون ببعض الدقة. ثم قد تكون قادرًا على استخدام طرق التدفق المتوقف لمحاولة رفض هذه النتائج. إذا فشل ذلك ، فقد تكون قادرًا على تقديم حجة مقنعة أنك وجدت هؤلاء الوسطاء.


تجسير بنية البروتين وديناميكياته ووظيفته باستخدام مطياف كتلة تبادل الهيدروجين / الديوتيريوم

Kelly K. Lee ، قسم الكيمياء الطبية ، جامعة واشنطن ، سياتل ، WA 98195.

قسم الكيمياء الطبية ، جامعة واشنطن ، سياتل ، واشنطن

قسم الكيمياء الطبية ، جامعة واشنطن ، سياتل ، واشنطن

قسم الكيمياء الطبية ، جامعة واشنطن ، سياتل ، واشنطن

كيلي ك.لي ، قسم الكيمياء الطبية ، جامعة واشنطن ، سياتل ، WA 98195.

معلومات التمويل: المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة ، رقم المنحة / الجائزة: R01-GM099989 المعاهد الوطنية للصحة ، رقم المنحة / الجائزة: T32GM008268-27 المعاهد الوطنية للحساسية والأمراض المعدية ، رقم المنحة / الجائزة: R01-AI140868


نتائج ومناقشة

صممنا في السيليكو المتغيرات المصطنعة بالجليكوزيلات لبروتين مجال SH3. اقترح تحليل هياكل البروتينات السكرية في بنك بيانات البروتين أن مواقع الارتباط بالجليكوزيل تظهر عادةً في مواقع أشكال البنية الثانوية المتناوبة (24). وفقًا لذلك ، بالنسبة لبروتين SH3 ، اخترنا ستة مواقع ارتباط بالجليكوزيل تقع على حلقات وملفات ولا تزعج بنية البروتين عند المعالجة بالجليكوزيلات. لقد صممنا جميع المتغيرات الممكنة للجليكوزيلات التي يمكن الحصول عليها من السكريات الحلقية المكونة من 5 و 11 سكر التي استخدمناها (الشكل 2). نتج عن نهج التصميم هذا 63 متغيرًا جليكوزيلاتي لكل نوع من أنواع السكر: 6 متغيرات مع جليكان واحد (في كل موقع من مواقع الارتباط بالجليكوزيل الستة) ، و 15 مع جليكانين ، و 20 مع ثلاثة جليكانات ، و 15 مع أربعة جليكانات ، و 6 مع خمسة جليكانات ، ومتغير واحد بالكامل جليكوزيلاتي مع كون جميع المواضع الستة جليكوزيلاتي. تم تمييز طي كل شكل من أشكال glycosylated لمجال SH3 باستخدام النموذج الأصلي القائم على الطوبولوجيا. تم إجراء عمليات المحاكاة ، التي غطت نطاقًا واسعًا من درجات الحرارة ، في حالة توازن بحيث تضمن كل مسار عدة انتقالات قابلة للطي / تتكشف. من هذه المحاكاة ، تم الحصول على الخصائص الديناميكية الحرارية والحركية لكل متغير ، مما يوفر نقطة انطلاق جيدة للبحث عن الارتباطات بين درجة وموقع الارتباط بالجليكوزيل والخصائص الفيزيائية الحيوية للبروتينات.

تين. 3 أ يوضح درجات الحرارة المحددة لـ SH3 (الخط الصلب) واثنين من متغيراته الجليكوزيلاتي ، أحدهما يحمل ثلاثة جليكانات وستة جليكانات أخرى. تمثل قمة المنحنى درجة حرارة الطي (تي F) من البروتين الذي تكون فيه الطاقات الحرة للحالات المطوية والمكشوفة متشابهة جدًا (أي Δجي جليكو = Δجي وزن ≈0). يمكن ملاحظة ذلك تي F يزداد كلما زادت درجة الارتباط بالجليكوزيل. تين. 3 ب يلخص تي F القيم المحسوبة لجميع متغيرات SH3 البالغ عددها 63 غليكوزيلاتي [تلك المقترنة بحلقة الجليكان المكونة من 11 سكرًا (الدوائر المملوءة) وتلك المرتبطة بحلقة الجليكان المكونة من 5 سكر (الدوائر المفتوحة)]. تشير عمليات المحاكاة التي أجريناها إلى أن استقرار البروتين يزداد مع زيادة درجة الارتباط بالجليكوزيل. هذه الملاحظة تتوافق مع البيانات التجريبية المتاحة. بشكل عام ، أظهرت التجارب أن الجليكانات تزيد من الاستقرار الحراري للبروتين (18 ، 25 ، 26). على وجه الخصوص ، سولا وآخرون. (27 ، 28) أظهر أن الارتباط الكيميائي للجليكوزيل لـ α-cymotrypsin (α-CT) باستخدام اللاكتوز الذي يشتمل على حلقتين سكر وديكستران 10 كيلو دالتون زاد من درجة حرارة انصهار البروتين بطريقة تعتمد على كمية الجليكان المتضمنة . لقد أجروا عملية ارتباط جليكوزيل كيميائية منهجية لـ α-CT على جميع بقايا اللايسين المكشوفة على السطح مع زيادة تركيزات الجليكان. تم تلخيص نتائجهم أيضًا في الشكل 3 ب (دوائر حمراء). يشير منحدر الخطوط الخطية المجهزة إلى الاستقرار الإضافي المكتسب من خلال المزيد من الارتباط بالجليكوزيل. بشكل ملحوظ ، تشترك كل من التجارب والمحاكاة في نفس اتجاه التثبيت كدالة لدرجة الارتباط بالجليكوزيل ، مما يشير إلى أن النموذج لا يعيد إنتاج الملاحظة العامة للاستقرار الحراري فحسب ، بل يتنبأ أيضًا كميًا بتأثير التثبيت. انحدار المنحنى الخطي للمتغيرات الـ 63 لـ SH3 هو 0.2-0.3 ، والذي يرتبط بالتثبيت الحراري من 0.6 إلى 0.9 درجة مئوية لكل جليكان مضاف. أدى الاقتران مع ديكستران ، وهو جليكان طويل جدًا ، إلى استقرار حراري مماثل لتلك التي تم الحصول عليها من ارتباط جليكان اللاكتوز القصير (الشكل 3). ب، دوائر حمراء). وفقًا لذلك ، يتحكم عدد الجليكانات المقترنة بالبروتين في درجة التثبيت ، على الرغم من أن طول الجليكان له تأثير طفيف. في عمليات المحاكاة التي أجريناها ، لاحظنا أيضًا نفس الاستقرار الحراري عن طريق جليكانات حلقة السكر القصيرة (5) والطويلة (11) (الشكل 3). ب، الدوائر المملوءة). ومع ذلك ، فإن بعض إصدارات SH3 الغليكوزيلاتي تتزعزع بسبب الجليكانات مقارنة بالنوع البري SH3. قد تشير هذه النتيجة إلى أن الاستقرار بواسطة الجليكانات حساس لموقعها. لوحظ تأثير مماثل للبروتينات المربوطة بالأسطح ، حيث يؤدي الربط إلى استقرار البروتين أو عدم استقراره اعتمادًا على موقع البقايا المستخدمة كنقطة ربط (29 ، 30).

التثبيت الحراري لمتغيرات الجليكوزيلات في مجال SH3. (أ) تم تعديل منحنيات الحرارة المحددة لـ SH3 الأصلي (الخط المملوء) و SH3 بثلاثة (خط منقط) وستة (خط متقطع) مكونة من 11 جلايكان حلقي. (ب) تأثير الارتباط بالجليكوزيل على استقرار البروتين مقيسًا بالتغير في تي F. محاكاة لـ 63 نوعًا مختلفًا من الجليكوزيلات SH3 تحمل جليكانات قصيرة تتكون من 5 حلقات سكر (دوائر سوداء مفتوحة ، مثبتة بخط أسود متقطع ر = 0.805) أو جليكانات طويلة تتكون من 11 حلقة سكر (دوائر سوداء مملوءة ، ومثبتة بخط أسود صلب ر = 0.719). القياسات التجريبية للتثبيت عن طريق الارتباط بالجليكوزيل الكيميائي لـ α-CT (27) مع اللاكتوز (دوائر حمراء مفتوحة ، مزودة بخط أحمر متقطع ر = 0.98) أو ديكستران 10 كيلو دالتون (دوائر حمراء مملوءة ، مثبتة بخط أحمر صلب ر = 0.936) من عمل سولا وآخرون. (27 ، 28) معروضة. تم حساب عدد الجليكانات المقترنة بـ α-CT كمتوسط ​​مولات الجليكان لكل مول من α-CT.

ملامح الطاقة الحرة لطي SH3 ومتغيرين تمثيليين غليكوزيلاتي مع الجليكان الطويل مقابل تنسيق التفاعل Q (عند تي F من مجال SH3 غير الكربوكوزيلاتي) في الشكل 4 أ. عند درجة الحرارة هذه ، فإن الحالة المطوية لجميع المتغيرات الثلاثة لها طاقة حرة مماثلة ، لكن الحالة غير المكشوفة تكون غير مستقرة. تكون الطاقة الحرة للحالة غير المطوية أكبر بالنسبة للجليكوزيلاتي مقارنة بالشكل غير المركب من SH3. ترتبط هذه الزيادة في الطاقة الحرة للحالة غير المطوية بدرجة الارتباط بالجليكوزيل وكان متوقعًا من الزيادة تي F (تعمل الجليكان على استقرار البروتين ديناميكيًا حراريًا).

تأثير الارتباط بالجليكوزيل على الطاقة الحرة للتكشف. (أ) ملف تعريف الطاقة الحرة مقابل جزء من جهات الاتصال الأصلية (يستخدم Q كتنسيق رد فعل) لـ SH3 الأصلي (الخط المملوء) وللحالة SH3 غليكوزيلاتي بثلاثة (خط منقط) أو ستة (خط متقطع) 11-sugar ring glycans. (ب) التأثير الحركي للارتباط بالجليكوزيل مقيسًا بالتغير في ارتفاع حاجز الطاقة الحرة للتكشف (عند تي F من مجال SH3 الأصلي). (ج) حاجز الطاقة الحرة للتكشف عند المحدد تي F من كل متغير مترافق مع glyco للمجال SH3 (مقسومًا على النطاق المحدد تي F).

الشكل 4 ب يُظهر ملخصًا لحاجز الطاقة الحرة المتكشف المقاس عند تي F من مجال SH3 غير الكربوكوزيلاتي لجميع المتغيرات المدروسة. يزداد حاجز الطاقة أمام التفتح مع عدد الجليكانات المضافة ، مما يعني أن الارتباط بالجليكوزيل يقدم الاستقرار الحركي وكذلك ينشأ هذا التأثير من التثبيت الديناميكي الحراري. من منحدر المنحنى ، يمكننا تقدير أن الارتباط بالجليكوزيل يزيد من حاجز الطاقة بنسبة 3.9٪ لكل جليكان (بغض النظر عن نوع الجليكان المرتبط) ، مقارنة بالشكل غير المعالج بالبروتين. حاجز الطاقة لكل متغير جليكوزيلاتي من SH3 عند تحديده تي F (مقسومًا على k المحددتي) في الشكل 4 ج. هذه البيانات غير مجهزة بشكل جيد ر = 0.228 / 0.269 (للجليكانات القصيرة والطويلة ، على التوالي) ، مما يعكس ارتباطًا ضعيفًا بين حاجز الطاقة وعدد الجليكانات المترافقة. ومع ذلك ، فمن الواضح أن معظم المتغيرات الجليكوزيلات لديها حاجز طاقة أعلى من SH3.

الطاقة الحرة للطي (Δجي F) من جميع مجالات SH3 glycosylated 63 في الشكل 5 أ. يوضح الشكل الاستقرار الديناميكي الحراري لـ SH3 الممنوح بواسطة الارتباط بالجليكوزيل. لتحديد أصل الاستقرار الديناميكي الحراري ، قمنا بتحليل الطاقة الحرة للحالات غير المطوية والمطوية لـ 63 نوعًا من أنواع SH3 الغليكوزيلاتي. في هذه التحليلات ، تم حساب المساهمات النشطة بناءً على جميع المطابقات الخاصة بمجموعة الحالات المطوية وغير المطوية ، والمرجحة حسب عدد سكانها. لا تتأثر الطاقة الحرة للحالة المطوية بعدد الجليكانات المرفقة (الشكل 5 أ). ومع ذلك ، تزداد الطاقة الحرة للحالة غير المطوية مع إضافة المزيد من الجليكانات (الشكل 5 أ) ، مما أدى إلى الاستقرار العام الملحوظ (أي أن الارتباط بالجليكوزيل يزيد من الطاقة الحرة للحالة غير المطوية وبالتالي يزيد من الاستقرار الديناميكي الحراري). تم حساب المكونات الحرارية والنتروبية للحالات غير المطوية والمطوية بطريقة مماثلة وهي موضحة في الشكل 5. ب و ج. في الحالة المطوية ، يتم تقليل الانتروبيا بالفعل بواسطة الجليكانات ، كما تم التكهن أعلاه. قد يكون الانخفاض في إنتروبيا الحالة المطوية ، مع إرفاق المزيد من الجليكانات ، نتيجة لقمع التقلبات في الحالة المطوية وتصلب الحالة الأصلية. وبالتالي ، يمكن النظر إلى الجليكانات على أنها تفرض ضغطًا على البروتين نتيجة لذلك ، يتم قمع اهتزازات الجزيء. علاوة على ذلك ، فإن الحالة المطوية لـ SH3 الغليكوزيلاتي تتميز بانثالبي أقل من المتغير nonglycosylated. يتشابه الانخفاض في المحتوى الحراري في الحجم مع انخفاض الانتروبيا. وفقًا لذلك ، يبدو أن الانخفاض في الانتروبيا يتم تعويضه عن طريق الانخفاض في المحتوى الحراري ، وبشكل عام ، فإن الطاقة الحرة للحالة المطوية لا تتغير عند الارتباط بالجليكوزيل ولا تعتمد على درجة الارتباط بالجليكوزيل. على النقيض من ذلك ، بالنسبة للحالة غير المطوية ، هناك عدم تناسق في تأثير الارتباط بالجليكوزيل على الانتروبيا والمحتوى الحراري. على الرغم من زيادة كل من المحتوى الحراري وانتروبيا الحالة غير المطوية عند الارتباط بالجليكوزيل ، فإن المحتوى الحراري يتأثر بشكل أكبر. تشير هذه النتيجة إلى أن المجموعات الضخمة من السكريات قليلة الكثافة تقيد تكوين التفاعلات في الحالة غير المطوية وتجبر سلسلة البولي ببتيد على تبني المزيد من المطابقات الموسعة.

تأثير الارتباط بالجليكوزيل على المحتوى الحراري (H) والانتروبيا (TS) للحالات المطوية وغير المطوية. (أ) الطاقة الحرة للطي Δجي F (أسود) لمجال SH3 ومتغيراته الـ 63 glycosylated كدالة لعدد الجليكانات المضافة والطاقة الحرة للمطوية (جي F، رمادي) وغير مطوي (جي الأمم المتحدةوالأزرق). تم إجراء التحليل النشط في تي F من مجال SH3 غير الكربوكوزيلاتي. (ب) مساهمات المحتوى الحراري (الرمادي) والإنتروبي (البني) في الطاقة الحرة لمجموعة الحالة المطوية كدالة لعدد الجليكانات المضافة. (ج) مساهمات المحتوى الحراري (الرمادي) والإنتروبي (البني) في الطاقة الحرة لمجموعة الحالة غير المطوية كدالة لعدد الجليكانات المضافة.

لإثبات الافتراضات المقدمة أعلاه فيما يتعلق بتأثير الجليكانات على البروتين في حالته المطوية وغير المطوية ، قمنا بحساب احتمال كل SH3 nonglycosylated (صأنا SH3) والجليكوزيلات (صأنا glyco) بقايا متغيرة ، أنا، وتشكيل اتصالاتها الأصلية أثناء المحاكاة. أجرينا هذه الحسابات بشكل منفصل للمجموعات المطوية وغير المطوية. يعرض الشكل 6 الاختلافات بين صأنا قيم glyco لبعض متغيرات SH3 الجليكوزيلاتي التمثيلية و صأنا SH3 في الحالات المطوية وغير المطوية. الاختلافات طفيفة في الحالة المطوية ، مما يشير إلى أن الارتباط بالجليكوزيل لا يؤثر على تكوين التلامس في الهيكل الأصلي. في الحالة غير المطوية ، تكون الاختلافات بين الأشكال الجليكوزيلاتية وغير المركزة أكثر وضوحًا. المتغيرات glycosylated أقل تنظيماً في الحالة غير المطوية. وفقًا لذلك ، يتم شرح المحتوى الحراري الأعلى للحالة غير المطوية للمتغيرات المرتبطة بالجليكوزيلات فيما يتعلق بالحالة غير المطوية بالجليكوزيلات من خلال تقييد تكوين الهياكل المتبقية في الحالة غير المطوية [انظر أيضًا المعلومات الداعمة (SI) الشكل S1 والشكل S2] . عادةً ما يكون عدم الاستقرار الهيكلي للحالة غير المطوية مضافًا لأن كل جليكان يقدم تأثيرًا محليًا حول موقع الارتباط بالجليكوزيل. يعتبر التأثير الهيكلي المحلي لكل جلايكان فريدًا بالنسبة إلى موضعه ويمكن التعامل معه على أنه "بصمة" لكل موقع من مواقع الارتباط بالجليكوزيل.

تأثير الارتباط بالجليكوزيل على بنية مجموعات الحالة المطوية وغير المطوية. (أ و ب) هيكل مطوي (أ) وتكشفت (ب) الحالات التي تم قياسها على أنها الفرق بين عدد جهات الاتصال الأصلية التي يتم تشكيلها بواسطة كل بقايا محددة من البروتين المترافق بالجليكان ومجال SH3 الأصلي. تشير الأسهم إلى مواقع مواقع الارتباط بالجليكوزيل. المصطلح صأنا يمثل SH3 احتمال كل بقايا من جهات الاتصال الأصلية المكونة لـ SH3 غير المحظورة ، بينما صأنا glyco هو المصطلح المكافئ للمتغيرات glycosylated.

لتوصيف مجموعة حالة الانتقال بشكل أكبر ، قمنا بحساب المحتوى الحراري والنتروبيا ولاحظنا انخفاضًا في كلا المصطلحين مع زيادة عدد الجليكانات المضافة. ينتج عن الانخفاض الأقوى في الانتروبيا حاجزًا أعلى للطاقة الحرة عند توصيل المزيد من الجليكانات. يُظهر تحليل تكوين التلامس في مجموعة الحالة الانتقالية للبروتينات السكرية فيما يتعلق بالبروتين nonglycosylated أن تأثير الجليكان طويل المدى ، وأن الجليكانات تزيد من عدد جهات الاتصال الأصلية المتكونة مقارنة بالعدد المكون من SH3 غير المحلول. يرتبط هذا التأثير بانخفاض المحتوى الحراري الذي نلاحظه في حالة الانتقال عند زيادة درجة الارتباط بالجليكوزيل.

يوضح التحليل الديناميكي الحراري الانتروبيا الموحدة للحالة غير المطوية فيما يتعلق بإضافة الجليكانات. قد يتوقع المرء أن الجليكانات ستقلل من إنتروبيا الحالة غير المطوية وفقًا لتأثير الازدحام الجزيئي أو ظروف الحبس التي تحد من ديناميات البروتين في الحالة غير المطوية. من المحتمل جدًا أن يؤدي الارتباط بالجليكوزيل إلى تقليل الانتروبيا في الحالة غير المطوية عن طريق حصر المساحة المطابقة. ومع ذلك ، قد تتأثر إنتروبيا الحالة غير المكشوفة بالتغيرات في الخصائص الهيكلية للحالة غير المطوية. تشير البنية المتبقية الأصغر للبروتينات الغليكوزيلاتية إلى أن السكريات المتعددة تزيل الحالة غير المطوية ، ونتيجة لذلك تزيد من إنتروبيا التكوين الخاصة بها. نقترح أن تلغي هذه التأثيرات ، وبالتالي لا يوجد تغيير كبير في إنتروبيا الحالة غير المكشوفة عند الارتباط بالجليكوزيل.


مناقشة

تعد مقارنة تجارب طي البروتين السريع ومحاكاة MD على مستوى هيكلي أكثر تفصيلاً أحد الأهداف الحالية لمجال طي البروتين. يمكن أن تؤدي هذه المقارنات إلى فهم ميكانيكي مفصل لطي البروتين وسوء تشكيله ، وهي مهمة لمزيد من التنقيح لمجالات قوة MD لجعلها دقيقة ميكانيكيًا في النهاية. لتسهيل مثل هذه المقارنات بدقة أعلى ، هناك حاجة إلى تجارب قابلة للطي للميكرو ثانية مع المزيد من محتوى المعلومات الهيكلية. أحد الأمثلة ذات الصلة المباشرة هنا هو طي λ12 تمت مراقبتها بواسطة التحليل الطيفي العالمي للأشعة تحت الحمراء (amide I band ، والإبلاغ عن البنية الثانوية) ومضان التربتوفان المحلي (الإبلاغ عن الاتصال الحلزوني 1-2 عبر تبريد Trp-Tyr) (17). وجدنا أن المجسين يسترخيان بمقاييس زمنية مختلفة.

لتقديم المزيد من المعلومات الهيكلية من قياسات التألق ، أنشأنا ثلاثة طفرات من λ6–85 فحص جميع التوليفات الزوجية للثالوث الحلزوني 1–2–3 بواسطة تبريد Trp – Tyr Dexter. في أحد الحلزونات ، استبدلنا سلسلة جانبية كارهة للماء ذات تعرض قليل للمذيبات من خلال سلسلة جانبية من التربتوفان ، لضمان دفنها الجزئي وتغيير كبير محتمل في مضانها. في حلزون مجاور ، صممنا جهاز تقطير ملامس (صور) (20). تم استخدام عمليات محاكاة 100 نانوثانية لجميع المسوخ لحساب توزيع المسافة بين التربتوفان والتيروزين (الشكل 1).ب). استنادًا إلى خصائص التبريد Trp-Tyr Dexter (20) ، توقعنا أن يتم إخماد المسوخ بمتوسط ​​مسافة ≤7 Å ، ولن يتم إخماد المسوخات ذات المسافات الطويلة. تم إثبات هذا التوقع من قبل جميع المسوخات التي كان ناتج التعبير عنها كافياً لقياس إخماد الفلورة (الشكل 2). وبالتالي ، فإن تحسين التألق عند التمسخ هو مؤشر على تكوين اتصال Trp-Tyr في الحالة الأصلية.

لا تظهر المتغيرات نفس الاستقرار الحراري بالضبط ومحتوى البنية الثانوية المتطابق (الشكل 2). يمكن أن تؤثر هذه الاختلافات على الخواص الحركية المرصودة.ومع ذلك ، فإن ترتيب معدلات الاسترخاء قوي من خلال نهجين تجريبيين مختلفين بين 50 و 60 درجة مئوية ، وهو نطاق درجة حرارة يتوافق مع محاكاة MD عند حساب تحول الاستقرار العالمي للبروتين المحاكى بسبب النمذجة غير الكاملة للمذيبات (5). في أحد الأساليب التجريبية ، تم استخدام GuHCl لجعل درجات حرارة الانصهار متماشية للمقارنة المباشرة (الشكل 3أ) ، وفي الطريقة الأخرى ، تم استقراء بيانات طفرة الانصهار الأعلى إلى درجة حرارة منخفضة في غياب GuHCl (الملحق SI، الشكل S8). في كل حالة ، يكون للمسبار اللولبي 1–3 وقت استرخاء أبطأ من المجس اللولبي 1–2 و3–2 الذي يشتمل على اللولب 2.

تنتج محاكاة MD نفس الترتيب لمعدل تكوين التلامس مثل التجربة ، وإن كان أسرع بعشر مرات (الشكل 3). تمثل لزوجة المذيبات المنخفضة في مجال القوة ، والتي تم الإبلاغ عنها أيضًا من قبل الآخرين (27 ، 28) ، حوالي 3 عامل. أصل العامل المتبقي 3-4 غير واضح في الوقت الحالي. ربما تكون عيوب مجال القوة (على سبيل المثال ، السلوك الجماعي للمياه أثناء انتقال "التجفيف" الذي يشكل الحالة الأصلية) معروفة بتأثيرات الإذابة المسؤولة لزيادة القيمة المحسوبة تيم على القيمة التجريبية لـ λ القامع والبروتينات الأخرى (5).

المقارنة بين الخواص الحركية المحسوبة 1–3 مقابل 1–2 و3–2 من المحاكاة أحادية الذرة مع التجربة تعطي نفس ترتيب المعدلات ، مما يدعم الفرضية القائلة بأن الاضطراب الناجم عن المجسات لا يؤثر على الخواص الحرة. - مناظر طبيعية للطاقة للبروتين في ظل ظروف طاقة حرة مماثلة (مستقراء ، أو تم تحقيقه بواسطة مغير طبيعة). نأمل أن تشجع بياناتنا عمليات المحاكاة طويلة المدى للطفرات التي يتم إجراؤها كمجسات خاصة بالموقع ، بحيث يمكن تقييم هذه الاضطرابات مباشرة. تصل النفقات الحسابية بسرعة إلى نقطة تكون فيها هذه المقارنات المباشرة واقعية.

الترتيب الأكثر احتمالية للأحداث التي تؤدي في النهاية إلى استرخاء كامل / قابل للطي ، على الأقل فيما يتعلق باللولب 1/2/3 ، هو كما يلي: يحدث تكوين التلامس الحلزوني 1-3 بشكل أبطأ ، بينما يتشكل اللولب 2 بشكل متكرر أكثر / يذيب الاتصالات مع الحلزونات الأخرى. يشير اتفاق التجربة والحساب هذا إلى أن مسارات جميع الذرات يمكن أن تخبرنا عن الأصل المجهري للاختلاف بين مجسات التلامس. لذلك ، قمنا بتحليل محاكاة MD أحادية المسار التي استخدمناها لتحليل الارتباط التلقائي (الشكل 4). على وجه الخصوص ، قمنا برسم مسار المحاكاة في مساحة إحداثيات مسافات المسبار الثلاثة Δ12، Δ13و Δ32 فيما يتعلق بالحالة الأصلية البلورية ، مثل أن13 = Δ12 = Δ32 = 0 للهيكل البلوري (الشكل 4أ و الملحق SIS11 ، لمؤامرة تتبع الوقت الخام).

تحليل عمليات محاكاة MD القابلة للطي (بيانات محاكاة 161-μs تم أخذ عينات منها عند 0.2 نانوثانية من باب المجاملة D. E. Shaw Research) (5). (أ) آثار زمنية متجانسة للمسافات (فيما يتعلق بقيم الحالة الأصلية) بين السلاسل الجانبية للطفرة المحاكية حيث توجد Trp و Tyr في λ12، λ13و λ32. (توجد آثار وقت المسافة الخام الملحق SIS11.) تشير الخلفية الوردية إلى ارتفاع س تنص (مطوية). (ب) رسم بياني للسكان (اليسار) والتقديرات المقابلة لمحات الطاقة الحرة (حق) فيما يتعلق بالمسافات بين الحلقات لتتبع الوقت في أ تختلف معلمات الطلبات الثلاثة اختلافًا طفيفًا. (C –E) لقطة مقرّبة للمسافات بين الحلقات ضمن تتبع الوقت في أ. (F –H) نماذج هياكل (F) حالة محاصرة (T) ذات ارتفاع س، مسافة قصيرة بين الحلزونات 1 و 3 (Δ13) ، ولكن مسافات طويلة بين الحلزونات 1 و 2 (Δ12) وحلزونات 3 و 2 (Δ32) من (جي) دولة أصلية (N) ذات ارتفاع س ومسافات قصيرة بين أزواج المجسات الثلاثة و (ح) هيكل مشوه (D) منخفض س والمسافات الطويلة بين الحلقات. (أنا) رسم التتبع الزمني في إحداثيات المسافات بين الحلقات والمرمّز بالألوان بواسطة س القيم (مقياس اللون موجود على حق). ثلاث ولايات محاطة بدائرة: الدولة الأصلية (N) ، أين س مرتفع وجميع المسافات بين الحلقات تشبه الأصلية (أي بالقرب من الأصل في نظام الإحداثيات هذا) الحالة المشوهة (D) ، حيث س منخفضة وجميع المسافات بين الحلقات طويلة والمصيدة (T) ، أين س عالية (س & GT 0.6) ، Δ13 قصير (& lt3 Å) ، لكن Δ12 و Δ32 طويلة (& GT5 Å). (ي) نموذج ماركوف ثلاثي الحالات استنادًا إلى بيانات المحاكاة الكاملة للنظام بتنسيق أنا (البيانات في الملحق SI، الجداول S5 – S7).

الشكل 4ب يُظهر الرسوم البيانية للمجموعات المقابلة وأيضًا الإمكانات المقدرة لمتوسط ​​القوة (PMFs) لمعلمات الترتيب الثلاثة. تتبع أوقات المرور الأولى المتوسطة للطي على وحدات PMF الثلاثة الاتجاه الذي تم التقاطه بواسطة وظائف الارتباط التلقائي (الملحق SI، الجدول S8). تعزز هذه النتيجة الفكرة القائلة بأن معلمات الطلب 1D المختارة تصف باستمرار عملية الطي كما تم التقاطها بواسطة تجارب ومحاكاة MD. الشكل 4 C –E يوضح النقاط البارزة من المسار على وجه الخصوص ، الشكل 4ج تُظهر واحدة من الرحلات العديدة التي تجعل Δ12 و Δ32 "أسرع" من Δ13 في الارتباط التلقائي للشكل 3ب.

الشكل 4أنا يوضح المسار في الفضاء12، Δ13و Δ32 (يمثل اللون طلب الاتصال س ارى الملحق SI للحصول على التفاصيل.) التصور في الشكل 4أنا سمح لنا بتحديد ثلاث حالات متميزة: الحالة الأصلية (يُشار إلى بنية N الموضحة في الشكل 4جي) ، حالة مشوهة (يُشار إليها ببنية عينة D الموضحة في الشكل 4ح) ، ومصيدة مكتظة بالسكان بشكل عابر (يُشار إليها بالبنية T الموضحة في الشكل 4F). أظهرت الحالة المحاصرة ارتفاعًا مطويًا س ومسافة قصيرة بين الحلزونات 1 و 3 (Δ13) ، ولكن مسافة طويلة بين اللولب 2 واللولبتين الأخريين (Δ32 و Δ12 & GT Δ13). لم يتم تثبيت اللولب 2 بشكل صحيح في هذا المصيدة الشبيهة بالأصالة ولكن قصيرة العمر (حوالي 0.3 ميكرو ثانية من وقت الإقامة في المثال في الشكل 4.ج). يتوافق وجود مصيدة قصيرة العمر مع دراسة تجريبية سابقة مكونة من مسبارين (17) من λ6–85، ومع أحدث النتائج الحسابية التي تشير إلى أن6–85 ليس مجلدًا مثاليًا من دولتين (23 ، 29). تُظهر تجارب ومحاكاة القفز بالضغط الحديثة أيضًا أن اللولب 2 يتأخر بمقدار 0.5 ميكرو ثانية أثناء الانتقال من U إلى N ، وأن الفخاخ موجودة أثناء إعادة طي القفزة بالضغط (24). تتوافق المصيدة قصيرة العمر أيضًا مع تجارب طي المنحدرات السابقة ذات المسبار الفردي على12 ومتغيراته التي تظهر (كم) −1 ∼ 1- إلى 2-μs أوقات العبور بين N و D تُعزى إلى خشونة المناظر الطبيعية (= الفخاخ قصيرة العمر) في سطح الطاقة الحرة القابل للطي (25). ومع ذلك ، فإن هذه التحليلات ذات المسبار الفردي محدودة في جوهرها. يتطلب تحديد الحالات غير الأصلية العابرة فصلًا كبيرًا للمقاييس الزمنية باستخدام مسبار واحد ، وهو أمر غير ضروري عند استخدام تحقيقات مستقلة.

استخدمنا محاكاة MD من D.E. Shaw Research لإنشاء نموذج ماركوف ثلاثي الحالات (الشكل 4ي و الملحق SI، الجداول S5 – S7) بناءً على الحالات N و T و D التي لوحظت في المحاكاة. تتوافق حالة المصيدة الرئيسية المفردة مع بياناتنا التجريبية (الشكل 3أ). إذا كانت معدلات λ12 و λ32 كانت أيضًا مختلفة بشكل كبير عن قرب تيم (ثلاثة نطاقات زمنية للتحويل البيني) ، يتوقع المرء أن يلاحظ على الأقل فخ إضافي واحد أو حالة وسيطة (أربع حالات). كشفت مصفوفة الانتقال أن البروتين الأصلي N أكثر احتمالاً بنحو 10 مرات للتحول إلى الحالة المشوهة D مباشرة دون زيارة المصيدة T ، والحالة المحوَّلة الصفات D أكثر احتمالية للتحول مرة أخرى إلى الحالة الأصلية N قبل أن يتم حصرها في T. وبالتالي ، فإن المصيدة هي حالة عالية من الطاقة الحرة نادرًا ما تتم زيارتها من D و N. T وتقع في حوالي كبتيln (4.42 / 0.05) 4.5 كبتي أعلى من متوسط ​​الطاقة الحرة لـ D ، و 3.4 كبتي أعلى من متوسط ​​الطاقة الحرة لـ N عند درجة الحرارة المأخوذة من المسار في الشكل 4. وأفضل وصف T هو وسيط عالي الطاقة قصير العمر يسكن فقط في بعض الأحيان في العبور بين الحالة الأصلية والحالة المشوهة ، وبالتالي تتطلب معلمتين من ترتيب ، على النحو الذي اقترحه Bieri و Kiefhaber (30) لعملية طي الليزوزيم الأبطأ بكثير. الملحق SI، يوضح الجدولان S6 و S7 أن الملاءمة نادراً ما يتم ملاحظتها أيضًا عندما لا يتم تثبيت الحلزونات 1 أو 3 بشكل صحيح ، مما يشير إلى مزيد من الفخاخ عند الطاقات الحرة 9 على الأقل كبتي فوق الحالة N. عندما يكون بروتين مثل λ6–85 منحازة نحو طي المنحدرات ، مثل هذه الحالات المثارة هي مصدر خشونة المناظر الطبيعية للطاقة الحرة التي تحد من النطاق الزمني الجزيئي (أو وقت عبور الحالة الانتقالية) إلى ≥1 ميكرو ثانية (21).

وفقًا لنموذج ماركوف الخاص بنا ، لا تقع T على مسار متوازي مكتظ بالسكان ، كما أنها ليست بعيدة تمامًا عن مسار N-D. إن إمكانية الوصول إليها من N أكبر بأربع مرات من إمكانية الوصول إليها من D ، ولكنها ليست أكبر بكثير (كما هو مطلوب لمصيدة صارمة خارج المسار يمكن الوصول إليها فقط من الحالة الأصلية). توضح هذه الملاحظة أن "الكأس نصف فارغ" عندما يتعلق الأمر بتصنيف الحالات غير الأصلية حصريًا على أنها مصائد أو مسارات متوازية أو وسيطة منتجة.

في الختام ، لقد بحثنا بشكل أعمق في آلية طي λ6–85 مع المسوخات المحافظة التي تسبر الاتصالات بين ثلاثة أزواج حلزونية مختلفة باستخدام Dexter fluorescence quenching. أكد متحولة غير مطفأة التصميم تجريبياً. قمنا بتحليل عمليات محاكاة MD ذرة كاملة أحادية المسار لـ λ6–85 لاكتساب فهم مجهري للخواص الحركية التي تمت ملاحظتها تجريبياً واكتشفت مصيدة شبيهة بالوطنية مع اللولب 2 غير المنكشف. كبتي فوق الدول الأصلية والتشويه. يتم تسكين المصيدة بشكل عابر من كل من الدول الأصلية والحالة المشوهة ، ولكن إلى حد مختلف. ال T-تُظهر تجارب القفز أن اللولب 2 ينفصل من 1 و 3 أسرع من 1 يفعل من 3 ، بما يتفق مع حالة قصيرة العمر بدون اللولب 2 مطوي بشكل صحيح في مكانه. تُظهر هذه النتيجة أنه يمكن دمج رسم الخرائط المتعددة لطي البروتين بنجاح مع أحدث عمليات محاكاة MD للحصول على صورة عالية الدقة للطي الظاهر ثنائي الحالة.


الملخص

يعد تحديد وفهم الاختلافات بين طي البروتين في المحلول السائب وفي الخلية تحديًا حاسمًا يواجه علم الأحياء. باستخدام ديناميكيات لانجفين ، قمنا بمحاكاة ريبوسومات سليمة تحتوي على خمس سلاسل ناشئة مختلفة تم توقيفها في مراحل مختلفة من تركيبها بحيث يمكن أن تنثني كل سلسلة ناشئة وتتكشف عند أو بالقرب من دهليز نفق الخروج. نجد أن الحالة الأصلية غير مستقرة بالقرب من سطح الريبوسوم بسبب زيادة إنتروبيا الحالة غير المكشوفة وانخفاض في إنتروبيا الحالة الأصلية تنشأ الأولى لأن المجموعة غير المطوية تميل إلى التصرف كملف عشوائي موسع بالقرب من الريبوسوم وكرة شبه مضغوطة في حل بالجملة. بالإضافة إلى ذلك ، تتبنى المجموعة غير المطوية من السلسلة الوليدة شكلاً متباينًا للغاية بالقرب من سطح الريبوسوم وتناقص التعاون في الانتقال القابل للطي بسبب ظهور الهياكل المطوية جزئيًا التي لا يتم ملؤها في المحلول السائب. تظهر النتائج ، في ضوء هذه التأثيرات ، أنه مع زيادة معدلات طي أطوال السلسلة الوليدة تزداد بطريقة خطية وتقل معدلات التفتت ، مع كون الطيات الأكبر والأكثر تعقيدًا من الناحية الطوبولوجية هي الأكثر اضطرابًا من الريبوسوم. يكشف تحليل مسارات الطي ، الذي بدأ عن طريق إخماد درجة الحرارة ، أن مجموعة الحالة الانتقالية مدفوعة نحو الضغط والبنية الشبيهة بالأصل الأكبر من خلال التفاعلات مع سطح الريبوسوم ودهليز الخروج. علاوة على ذلك ، يتناقص تنوع مسارات الطي ويزيد احتمال بدء الطي عبر الطرف N على الريبوسوم. نظهر أن جميع هذه النتائج قابلة للتطبيق بشكل متساوٍ على الموقف الذي يحدث فيه طي البروتين أثناء الترجمة المستمرة (غير الموقوفة) بشرط أن تكون المقاييس الزمنية للطي والتفتت أسرع بكثير من النطاق الزمني لإضافة المونومر إلى السلسلة الناشئة المتنامية ، مما يؤدي إلى عملية شبه توازن. تشير هذه الاضطرابات الكبيرة التي يسببها الريبوسوم لجميع جوانب طي البروتين تقريبًا إلى أن سيناريوهات الطي التي تختلف عن تلك الخاصة بالمحلول السائب يمكن أن تحدث على الريبوسوم.


آفاق اللانثانيدات في البيولوجيا الهيكلية بواسطة الرنين المغناطيسي النووي

أدى ظهور الكواشف المختلفة المرتبطة باللانثانيدات إلى جعل وضع العلامات الخاصة بالموقع للبروتينات باستخدام اللانثانيدات البارامغناطيسية اقتراحًا قابلاً للتطبيق. هذا يجلب العديد من التقنيات القوية التي تم وضعها في الأصل وعرضها للبروتينات المعدنية شبه المغناطيسية في التيار الرئيسي لعلم الأحياء البنيوي. الوعد هو أنه من خلال استغلال التأثيرات بعيدة المدى للمغناطيسية ، فإن وضع العلامات على اللانثانيد سيسمح بدراسة البروتينات الكبيرة ومجمعات البروتين - الترابط بسهولة ودقة أكبر مما كان ممكنًا حتى الآن. على وجه الخصوص ، توفر تحولات التلامس الكاذب (PCS) التي يسببها اللانثانيد قيودًا قوية وتحديدًا للهيكل ثلاثي الأبعاد باستخدام أجهزة الكمبيوتر الشخصية كمصدر وحيد للقيود التجريبية ، ومن المحتمل أن يكون ذلك ممكنًا مع البيانات التي تم الحصول عليها من العينات مع مواقع وضع علامات اللانثانيدات المختلفة. يتم وضع تخليق البروتين الخالي من الخلايا ليلعب دورًا مهمًا في هذه الإستراتيجية ، كمصدر غير مكلف لعينات البروتين ذات العلامات الانتقائية ولإدماج الأحماض الأمينية غير الطبيعية المرتبطة باللانثانيدات في موقع محدد.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


هل من الممكن عزل وتحليل المواد الوسيطة لطي البروتين؟ - مادة الاحياء

تعني الكلمة & quot بشكل عام & quot أن هناك استثناءات.

واحد من الذاكرة: الريبوسوم هو مكون وظيفي مكون من RNA الريباسي وبروتينات الريبوسوم. على ما أذكر ، فإن معظم الريبوسوم يتكون من الرنا الريباسي.

التفسير الذي يجعل البروتينات عادة تتبنى طية واحدة فقط ليس في عملية طي نفسها. لكن سوء التشكيل يمثل مشكلة حقيقية للخلية ، وهناك آليات مختلفة لإدارتها. البروتين غير المطوي هو في أحسن الأحوال عديم الفائدة ، وكما ترى مع البريونات يمكن أن يكون ضارًا أيضًا. تحتوي الخلية على مرافقين تساعد البروتينات على الانطواء ، ولديها آليات مراقبة الجودة التي تحاول إزالة البروتينات المشوهة قبل إطلاقها في الخلية.

لكن أحد العوامل الرئيسية هو التطور ، حيث يتم اختيار البروتينات التي تطوى بشكل موثوق على البروتينات التي يمكن أن تتحول إلى توافق غير منتجة أو ضارة. لذا فإن البروتينات التي نميل إلى النظر إليها قد تم اختيارها بالفعل لخصائصها القابلة للطي إلى حد ما.

كما ذكر آخرون ، تحدث أخطاء في التوازن ، ويحاول البروتين تحقيق أدنى شكل من أشكال الطاقة ، ولكن أبسط إجابة هي أننا لا نملك إجابة كاملة ، ومن هنا تأتي الرغبة في التوصل إلى حل حسابي موثوق. نحن نعلم كيف تؤثر بعض المخلفات على البنية الثلاثية ، ونعرف قياسات الهياكل الثانوية بدرجة مدهشة من الدقة ، ولكن بالنسبة للبروتين الذي يحتمل أن يحتوي على مئات البقايا ، هناك ببساطة درجات كثيرة جدًا من الحرية للتعامل مع الأحماض الأمينية والتعرف عليها. مع هيكل (على الرغم من أن هذا هو في الأساس النهج الذي تستخدمه سلسلة ماركوف ، وحلول مونتي كارلو).

[تقدم هذه المقالة موجزًا ​​جيدًا عن المكان الذي تقف فيه الطرق الحسابية لمشكلة طي البروتين.] (https: & # x2F & # x2Fmoalquraishi.wordpress.com & # x2F2018 & # x2F12 & # x2F09 & # x2Falphafold-casp.)

ما كنت أحصل عليه هنا هو أن الإجابة على السؤال "هل لكل بروتين شكل أصلي افتراضي & quot هو & quotyes. & quot

& # x27m لست متأكدًا مما إذا كان كل تسلسل ممكن من الأحماض الأمينية له خاصية طي مهيمنة فريدة. لكن تلك التي لا & # x27t ، لن & # x27t تقريبًا مفيدة من الناحية البيولوجية ، لأنه لا يمكنك الاعتماد عليها للقيام بوظائفها. لذلك لن يتم اختيارهم. تلك التي يتم ترميزها بالفعل بواسطة الجينات يتم طيها بشكل أكثر اتساقًا.

هل & # x27t فرصة بنسبة 20٪ لتفاعل جديد ومفيد و 80٪ فرصة لعدم وجود تأثير تكون جيدة تقريبًا إذا كنت تنتج الكثير منها؟

ما أذكره هو أن القواقع يمكن أن تتكاثر إما جنسيًا أو لاجنسيًا وأنها تتكاثر بشكل تفضيلي جنسيًا في البيئات المجهدة وغير الجنسية في البيئات التي تجعل البقاء على حالها أكثر فائدة.

المنجلية واقية من الملاريا. تعتبر سمة الخلايا المنجلية واقية دون التسبب في فقر الدم المنجلي ، وهي حالة مروعة. لذا فإن نسخة واحدة من الطفرة ومن المرجح أن تبقى على قيد الحياة في منطقة تنتشر فيها الملاريا ونسختان منها ، ولكنك ربما تكون أقل عرضة للإصابة بالملاريا.

تشير بعض الدراسات إلى أن التليف الكيسي هو اضطراب قوقازي في الغالب لأن وجود نسخة واحدة من الجين يقي من مرض معين كان يجتاح أوروبا في وقت واحد. تميل نسختان إلى قتل الناس بشكل مروّع في سن مبكرة.

لذلك أعتقد عمومًا أن الإجابة هي أن الأنواع تبدو وكأنها تسعى إلى حدوث طفرات عندما لا يعمل ما تفعله حاليًا وتسعى لتحقيق الاستقرار عندما يكون ما تفعله حاليًا ناجحًا.

لقد قرأت أيضًا أنه يُعتقد أن نصف حالات الحمل البشرية أو أكثر من المحتمل أن تنتهي في الأسبوعين الأولين وتؤدي إلى فترة أطول من المعتاد دون أن تدرك المرأة أنها حامل في معظم الحالات لأن هؤلاء الأجنة هم ببساطة غير قابلة للحياة. الرهان على & quot هل ستنجح هذه الطفرة الجديدة أو المجموعة الجديدة؟ & quot؛ تميل إلى الحصول على نتيجة & quotNope. الأمر كذلك لا يعمل ، ولا يستحق استثمار الموارد الثمينة في إنعاش الطفل وتركه يولد. & quot

نحن نتحول أكثر عندما يكون الأمر & quot؛ متوترة أو يموت & quot وأقل عندما يكون التحور هو الشيء الذي من المرجح أن يقتلك.

في الحالة التي تصفها ، غالبًا ما تكون الإجابة هي & quotyes & quot وأن & # x27s كيف ينتهي بك الأمر بالتطور. لنفترض أن لديك جينًا يصنع بروتينًا يهضم الجلوكوز. وبعد ذلك ذات يوم ، أفسدت خليتك عند التكاثر وصنعت عن طريق الخطأ نسخة إضافية من ذلك الجين. حسنًا ، لديك الآن نسخة إضافية من هذا الجين التي ليست & # x27t قيد التحديد المطهر. إنه & # x27s زائدة عن الحاجة. يمكن أن يتغير ولكن طالما لديك النسخة الأولى ، فأنت & # x27re بخير. وفي النهاية يتحول بعيدًا عن كونه جيدًا في هضم الجلوكوز. يمكن أن تفعل ذلك قليلاً ، لكنها ليست رائعة. ربما تكون فعالة بنسبة 20٪ كما كانت في الأصل. لكن لديك جينًا آخر & # x27s لا يزال فعالًا بنسبة 100٪ لذا لا تلاحظ ذلك.

الآن لدينا بروتين لا يفعل شيئًا سيئًا حقًا. إنه لا يفعل الكثير أيضًا. ونظرًا لأنه لا يخضع & # x27t لتنقية التحديد ، فإن كل جولة من النسخ المتماثل تستمر في التحور. حتى فجأة ، يتحول إلى شيء يمكنه هضم اللاكتوز. الآن ، لديك ميزة تطورية من البروتين الذي كان يجب أن يفسد أولاً في ارتباط الجلوكوز ، قبل أن يفيدك. لكن التطور ليس له بعد نظر ، لذلك لم يعرف. لذلك استغرق الأمر التخلص من تنقية الاختيار لتحقيق ذلك. ولكن الآن بعد أن أصبحت تعتمد على اللاكتوز ، فإن هذا البروتين سينتهي به الأمر مرة أخرى تحت الانتقاء المنقي ويصبح & quot؛ مثبت & quot ؛.

لذا دعونا الآن نفكر في وضع بديل. لديك جين واحد فقط يمكنه هضم الجلوكوز. إذا تحور ليكون فعالًا بنسبة 20٪ ، فسوف تنمو في أحسن الأحوال بنسبة 20٪ فقط بنفس سرعة منافسيك.ربما تموت وتصبح طريقاً مسدوداً تطورياً. في هذه الحالة ، من العيب الشديد أن يكون لديك بروتين يمكنه & # x27t أداء وظيفته بشكل موثوق ، والكائنات الحية التي لا تحتوي على متغير معطل ستنمو بشكل أفضل وتنقل مادتها الوراثية إلى نسل أكثر ، حتى يتم التغلب عليك في النهاية وتنقرض.

يمكننا أيضًا تخيل سيناريو آخر. يتحول بروتين هضم الجلوكوز إلى شيء لا يزال بإمكانه ربط الجلوكوز ، ولكن يتعذر هضمه. ثم يظل الجلوكوز عالقًا بالبروتين ، ولا ينتج طاقة ، ويصبح مضيعة للخلية. هذا ضار بشكل فعال ومن المحتمل أن يقتل الخلية بسرعة كبيرة.

للإجابة على سؤالك: هذا يعتمد

تنثني البروتينات بشكل طبيعي إلى شكل يكون لديها فيه أقل طاقة ممكنة ومثل. هناك العديد من الاستعارات المفيدة لشرح معنى & quot؛ الطاقة الكامنة الأقل & quot؛ ولماذا تنجذب البروتينات إلى الشكل ذي الطاقة الكامنة الأقل.

في & quotthe real world & quot ، يعتبر الشيء & # x27s & quotaltitude & quot شكلاً من أشكال الطاقة الكامنة. سوف تتدحرج الكرة الموجودة على التل إلى أسفل التل حتى تستقر في أدنى واد يمكنها - وهو المكان الذي تكون فيه طاقتها الكامنة في أدنى مستوياتها. تتدحرج الكرات إلى أسفل إلى مكان أقل طاقة كامنة ، وتنطوي البروتينات في الشكل الذي تحتوي فيه على أقل طاقة كامنة.

يمكنك أيضًا التفكير في البروتين الطازج باعتباره نبع ممدود. الضغوط في الربيع من التمدد خارج الشكل هي شكل من أشكال الطاقة الكامنة. سوف ينكمش الربيع حتى يتم استرخاءه تمامًا بحيث يكون هناك الحد الأدنى من & quotspringy & quot الطاقة الكامنة المتبقية. تتقلص الينابيع في الشكل الأكثر & quot؛ تعلق & quot؛ وله أقل طاقة كامنة ، وتنطوي البروتينات في شكل به أقل طاقة كامنة.

إذا كان البروتين ينثني في أي شكل آخر ، فسيظل هناك بعض الطاقة الكامنة المتبقية في البروتين والتي يمكن تخفيفها إذا كان البروتين فقط يمكن أن ينثني في الشكل & quotorrect & quot. إذا علقت الكرة المتدحرجة على صخرة أو تعثر الزنبرك واستطاع الاسترخاء تمامًا ، فسيكون كلا الجسمين عالقين بطاقة كامنة أعلى مما لو وصلت الكرة إلى قاع التل أو إذا تم السماح للنابض الاسترخاء التام.

نأمل أن يفسر هذا سبب وجود شكل واحد تنجذب إليه البروتينات أكثر عند طيها. ولكن ، لا يفسر & # x27t سبب كون الأشكال الأخرى & quot؛ غير صالحة & quot.

تشبه البروتينات قطعًا خلوية أو كيميائية ومثلًا. مثل أجزاء الآلة الميكانيكية ، فإن شكل البروتين & # x27s هو جزء مما يحدد كيفية عمل البروتين ، وماذا يمكنه & quotdo & quot ، وكيف يتناسب مع الأجزاء الأخرى من الجهاز الخلوي. وبما أن البروتينات المطوية & quot بشكل صحيح & quot

عندما يتم طي البروتينات بشكل خاطئ ، يكون لها شكل مختلف عن الشكل الذي تتوقعه جميع الآليات الأخرى. مثل الترس الذي لم يتم قطع الأسنان فيه ، فإن البروتين غير المطوي لا يؤدي الوظيفة التي من المفترض أن يؤديها ، كجزء من آلة خلوية. قد يؤدي البروتين إلى رفع الجهاز أو حتى يتسبب في تعطل الجهاز والبدء في القيام بشيء غير مقصود تمامًا.

آمل أن يكون هذا التعليق صحيحًا بما يكفي وواضحًا بدرجة كافية لـ ELI5 - على الرغم من أنه قد يكون أكثر من ELI15.

يمكن أن يكون للبروتين العديد من التوافقات المختلفة والمستقرة. تعتمد هذه المطابقات على البيئة الكيميائية ، وأي تفاعلات يقوم بها البروتين. في الأساس يغيرون أقل طاقة ليكونوا ترتيبًا مختلفًا.

ومع ذلك ، فإن العناصر الأساسية للحظية ، مع استثناءات قليلة ، لن تتغير أبدًا. نسمي هذه العناصر الهيكلية الثانوية ، وهي محدودة بزوايا phi و psi على رابطة الببتيد C-N ثنائية السطوح. يُعتقد أن عناصر البنية الثانوية هذه تتشكل قبل أن يتم تصنيع البروتين بالكامل ، ومن الصعب للغاية التراجع عنها. ومع ذلك ، فإن العلاقة المكانية بين هذه العناصر أكثر ديناميكية اعتمادًا على ما يفعله البروتين.

نسخة ELI5 هي أساسًا أن البروتينات سيكون لها شكل أساسي ، ويمكنها أن تتأرجح حول هذا الشكل ، لكن يمكنها & # x27t أن تتغير جذريًا حقًا لأنها تتطلب الكثير من الطاقة

لذلك ، إذا كان لديك ، على سبيل المثال ، التليف الكيسي ، فلديك عيب في قناة خلوية تسمى منظم توصيل غشاء التليف الكيسي (CFTR) وتتمثل مهمتها في التعامل مع حركة مرور جزيئات معينة داخل وخارج الخلية.

لذا فإن سؤالك يشبه إلى حد ما السؤال & quot لماذا & # x27t يمكن للخلية فقط أن تبث أدوات عشوائية تقوم بأشياء مختلفة بشكل عشوائي؟ & quot والإجابة هي أنه & # x27s ليست مفيدة للخلية إذا كانت مفاتيح الربط أحيانًا تتحول عشوائيًا إلى مطارق أو مفكات لولبية عندما لقد طلبت X عددًا من مفاتيح الربط لأن الحمض النووي هو التعليمات الأولية لإنشاء هذا المصنع الصغير للحياة الذي يسمى a زنزانة.

يتم ترميز & # x27s لإنشاء مفاتيح الربط وتشفيرها لإنشاء عدد محدد من مفاتيح الربط ، وليس بالضرورة أن يكون من المفيد أكثر للأخطاء الطية أن تتحول إلى أدوات أخرى عشوائية بدلاً من كومة الخردة التي تخلقها أخطاء الطي.


الايزومرات التوافقية للبروتينات المشوهة وغير المطوية: طرق الإنتاج والتطبيقات

الأيزومرات التوافقية للبروتينات غير المطوية المشوهة غنية بالأعداد ومتنوعة في الأشكال. إنها تمثل مصدرًا غنيًا للجزيئات البيولوجية التي ظلت غير مستغلة. العقبة الرئيسية في استخدام هذه الإمكانات غير المستغلة هي أنه من الصعب بطبيعتها عزل وتوصيف الأيزومرات المطابقة النقية ، ليس فقط بسبب العدد الكبير المفرط ، ولكن أيضًا بسبب عدم استقرارها والتحويل البيني السريع. لقد طور مختبرنا طريقة لاحتجاز أيزومرات توافقية مختارة من البروتينات المشوهة والتي تكون قابلة للعزل والتوصيف والتطبيقات الأخرى. لهذه الطريقة فائدة محتملة ، بدءًا من التوصيف الهيكلي الشامل للبروتينات المشوهة ، إلى توضيح مسارات البروتين المتفتح-الطي ، إلى إنتاج أيزومرات بروتينية غير أصلية محددة هيكليًا للتطبيقات الطبية الحيوية.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


هل من الممكن عزل وتحليل المواد الوسيطة لطي البروتين؟ - مادة الاحياء

الجسيمات المعدية الجديدة ، المسماة البريونات ، المكونة إلى حد كبير وربما فقط من بروتين واحد ، هي العوامل المسببة المحتملة لمجموعة من اعتلالات الدماغ الإسفنجية المعدية التي تنتج تدهورًا مميتًا في الوظائف الإدراكية والحركية. كما لو أن فكرة البروتين المُمْرِض القابل للانتقال ليست متناقضة بدرجة كافية ، تشير الدلائل إلى أن البروتين المسؤول يصل إلى حالة مُمْرِضة عن طريق الاختلال في الشكل الطبيعي الذي يحتوي على توزيع الأنسجة في كل مكان. تتم مراجعة الطبيعة الرائعة لهذه الأمراض وطبيعة عملية تحويل بروتين البريون كما نفهمها حاليًا.

أمراض البريون التي تنتقل عن طريق التلقيح وأكل لحوم البشر والوراثة الجينية

تم إثبات قابلية انتقال الكورو لأول مرة بعد التلقيح داخل الدماغ لمجانس دماغ كورو في الشمبانزي (Gajdusek et al. ، 1966) ، ولكن في نهاية المطاف تم افتراض أن انتقال العدوى كان يحدث عن طريق طقوس أكل لحوم البشر (Gajdusek ، 1977).

الشكل 1. النتائج المرضية العصبية في اعتلالات الدماغ الإسفنجية المعدية

(الصف العلوي) آفات البلاك في مرض كروتزفيلد جاكوب (CJD) (اللوحة الأولى) الشكل المتغير لـ CJD (vCJD) ، الذي ظهر مؤخرًا أنه قابل للانتقال إلى الرئيسيات من الماشية المصابة بمرض جنون البقر (اللوحة الثانية) وجيرستمان ستراسلر شينكر المرض (GSS) (اللوحة الثالثة). في اللوحة الأولى ، القسم ملطخ بـ PAS (تفاعل حمض-شيف الدوري) ويظهر آفة صفيحة مركزية تظهر مظهر "الكرة المسننة" النموذجية للوحة كورو). في اللوحة الثانية ، القسم ملطخ بـ PAS ويظهر عددًا مما يسمى "اللويحات الزهرية" النموذجية لـ vCJD ، في كل حالة مع آفة لوحة مركزية محاطة بنمط يشبه الأقحوان من الفجوات. اللوحة الثالثة عبارة عن قسم محصن بالمناعة بعد التعقيم المائي بمصل مضاد لـ PrP ، مما يكشف عن وجود PrP في آفات البلاك في GSS.

(الصف الأوسط) التغييرات الإسفنجية النموذجية لمرض كروتزفيلد ياكوب. قسم تم الحصول عليه من فأر مُعدّل وراثيًا مصابًا ، ويحمل جينًا وراثيًا وراثيًا من فأرًا وإنسانًا وفأرًا ، تم تطعيمه بجنس دماغ من حالة CJD متفرقة بشرية.

(الصف السفلي) تحليل Histoblot لقسم الدماغ من فرد مصاب بمرض كروتزفيلد ياكوب ومن فرد غير مصاب. يتم التلوين بالأجسام المضادة لـ PRP ، مما يُظهر تلطيخًا شديدًا لـ PrP في الوشاح القشري للفرد المصاب).

في حين أن معظم حالات مرض كروتزفيلد جاكوب متقطعة في الحدوث ، فإن انتقال العدوى الصبغي الجسدي السائد يمثل 10٪ من الحالات. تم إثبات الانتقال الأفقي لمرض كروتزفيلد_جاكوب إلى الشمبانزي مبكرًا (جيبس وآخرون ، 1968) ، لكن الملحوظة بشكل خاص كانت حالات انتقال بين البشر علاجي المنشأ ، من خلال زرع القرنيات المصابة أو حقن هرمون النمو المشتق من الغدة النخامية البشرية (انظر DeArmond and Prusiner ، 1996).

والأكثر إثارة للدهشة هو عدد حالات الإصابة بمرض كروتزفيلد_جاكوب المبكر مع أمراض غير نمطية تم الإبلاغ عنها مؤخرًا من بريطانيا العظمى (ويل وآخرون ، 1996 وانظر الشكل 1) ، والتي يُقترح أنها انتقلت عن طريق استهلاك اللحوم من الأبقار التي تعاني من مرض جنون البقر. ، وهو اعتلال دماغي إسفنجي وباء حديث في القطعان البريطانية (انظر أندرسون وآخرون ، 1996 ، فيما يتعلق بتطور الوباء). التقارير الأخيرة عن إنتاج داء كروتزفيلد ياكوب المتماثل إكلينيكيًا ومرضيًا في قرود المكاك عن طريق الحقن داخل المخ لمجانس دماغ من أبقار مصابة (لاسموزاس وآخرون ، 1996 ب) ، وخواص كيميائية حيوية مشتركة بين الحالات البشرية والاعتلال الدماغي الإسفنجي البقري (جنون البقر) (كولينج وآخرون ، 1996) ، تشير إلى أن مرض جنون البقر ينتقل إلى الإنسان.

تدخل البروتين

أدى ذلك إلى عدد من الفرضيات حول طبيعة العامل المعدي ، بدءًا من السكاريد المتكرر إلى مركب البروتين النووي (للمراجعة ، انظر Prusiner ، 1982). من بين هذه النماذج ، كانت هناك تكهنات متبصرة ، حيث اقترح جريفيث أن "تحويل" البروتين من شكل طبيعي مفضل بقوة إلى شكل آخر ، إما تلقائيًا أو عن طريق إدخال خارجي للتشكيل المتغير ، يمكن أن يفسر هذه الأمراض (جريفيث ، 1967).

ظلت الطبيعة الجزيئية للعامل المعدي غير مختبرة إلى حد كبير لمدة 15 عامًا حتى حقق ستانلي بروسينر وزملاؤه الإثراء الكيميائي الحيوي للنشاط المعدي وأظهروا ارتباطه ببروتين معين. في أوائل عام 1982 ، أبلغ Prusiner وزملاؤه عن إثراء 1000 مرة من عدوى سكرابي من تجانس الدماغ المصاب ، والذي تم تحقيقه من خلال سلسلة من الخطوات بما في ذلك ترسيب البولي إيثيلين جليكول ، وهضم نوكلياز المكورات الدقيقة ، وهضم بروتين K المحدود ، وطرد مركزي متدرج في كثافة السكروز (Prusiner et آل. ، 1982 Prusiner ، 1982). جاء أعلى نشاط من كسر في السطح البيني بين 25٪ و 60٪ سكروز ، حيث لوحظ تراكمات مكونة من مادة غير متبلورة وقضبان مفلطحة بقياس 25 نانومتر × 100-200 نانومتر. تم تعطيل النشاط المخصب بواسطة بروتيناز K ، ثنائي إيثيل بيروكربونات ، يوريا ، chaotropes ، الفينول ، و SDS ، ولكن لم يتم إلغاؤه بواسطة معاملات نوكلياز أو تشعيع الأشعة فوق البنفسجية. هذا السلوك ، النموذجي للبروتين ، أدى إلى الاسم الذي أرفقه Prusiner وزملاؤه ، "prion" ، للجسيمات المعدية البروتينية (Prusiner ، 1982 انظر أيضًا Prusiner et al. ، 1980).

حدد نفس العمال بروتينًا معينًا PrP مقاومًا للهضم المحدود للبروتيناز K ، والذي كان موجودًا على وجه التحديد في دماغ الهامستر المصاب ولكن ليس في الدماغ الطبيعي وأظهر انتقالًا نسبيًا في SDS-PAGE من 27 إلى 30 كيلو دالتون (Bolton et al. ، 1982 Prusiner وآخرون ، 1982). لا يمكن على الفور التمييز بين ما إذا كان هذا النوع ناتجًا ثانويًا للعدوى ، أو كان مسؤولًا بشكل مباشر ، على الرغم من أن التقوية المشتركة للبروتيناز K المقاوم PrP 27-30 مع العدوى قدم دليلًا ظاهريًا على أنه متورط في السببية. وبالمثل ، لوحظت هياكل القضبان لأول مرة بواسطة Merz et al. ، 1981 ، في المستخلصات المعالجة بالبروتيناز K للدماغ المصاب ووجدت أيضًا أنها تحتوي على المنتج الأساسي PrP 27-30. تبين أن المستحضرات المخصبة لهذه القضبان شديدة العدوى (Prusiner et al. ، 1983 Diringer et al. ، 1983) ، على الرغم من أن الدراسات اللاحقة أظهرت أن المستحضرات الخالية من الهياكل المرئية يمكن أن تكون معدية أيضًا. تمت ملاحظة التخصيب المشترك لـ PrP 27-30 والإصابة بالعدوى في بيئة أخرى ، عندما تم إجراء تنقية الانجراف المناعي لمستخلص المخ المصاب بالمنظفات الدهنية ، مما أظهر إثراءًا بمقدار 1000 ضعف لكل من PrP 27-30 والإصابة بالعدوى (Gabizon et al. ، 1988).

كان هذا متسقًا مع فكرة أن هناك ارتباطًا وثيقًا بين العدوى ووجود شكل ما من بروتين PRP. ومع ذلك ، على الرغم من سنوات من الجهد ، حتى في أنقى العينات ، فإن نسبة جزيئات PrP إلى الوحدات المعدية هي 105. في مثل هذه العدوى المنخفضة ، من المستحيل استبعاد احتمال أن تكون المكونات الأخرى ، أو التعديلات التساهمية ، مطلوبة للعدوى. ومع ذلك ، فقد ثبت أن المادة المعدية عالية النقاء تحتوي على أقل من جزيء واحد من الحمض النووي أكبر من 100 نانومتر لنسبة الجسيمات إلى العدوى بالقرب من الوحدة (Kellings et al. ، 1992). وبالتالي ، يبدو من المحتمل أن عرض فرضية البروتين فقط سيتطلب إنتاج جزيئات معدية في المختبر من بروتين PrP المنقى (الذي يحتوي على مستوى من الشوائب أقل من جزء واحد لكل وحدة معدية).

بروتين البريون هو المضيف لعملية التحويل المشفرة

حددت الأجسام المضادة التي تم إنشاؤها ضد PrP 27-30 بروتين PrP ليس فقط في دماغ الحيوانات غير المصابة ولكن أيضًا في العديد من الأنسجة الحشوية مثل 33-35 كيلو دالتون من الأنواع المصابة بالجليكوزيلات ، وتسمى PrPC. كما لوحظ وجود بروتين بنفس الحجم في مستخلصات الدماغ المصابة بالسكراب. اللافت للنظر ، عندما تم إجراء عملية هضم محدودة للبروتيناز K ، تدهورت PrPC تمامًا ، في حين أن جزءًا من البروتين في الدماغ المصاب ، يُطلق عليه PrPSc ، تم قطعه جزئيًا فقط ، وإزالة 66 من الأحماض الأمينية الطرفية NH2 لإنتاج الأنواع PrP 27-30. وهكذا ، يبدو أن بروتين PrP يحتوي على حالتين مختلفتين على الأقل من حالات التوافق: حالة حساسة للبروتياز موجودة في كل مكان ، وواحدة مقاومة للبروتياز في حالة الإصابة. ربما يرتبط هذا السلوك المقاوم للبروتياز بالملاحظة الإضافية التي مفادها أنه في حين أن PrPC عبارة عن بروتين قابل للذوبان ، فإن شكل PrPSc غير قابل للذوبان بعناد ، ويتم توطينه في الكتل غير المتبلورة في الكسور المخصبة من الدماغ المصاب (على سبيل المثال ، Meyer et al. ، 1986). في أي حال ، تم الاعتماد على مقاومة الأنزيم البروتيني لشكل PrPSc للسماح باكتشاف PrPSc في الموقع في كل من التشخيص التجريبي والسريري. يتم تحقيق ذلك عن طريق المعالجة المسبقة ببروتينيز K لإزالة PrPC ، متبوعًا بمعالجة guanidine لفضح حواتم PrPSc من أجل تحديد موقع المناعة (Taraboulos et al. ، 1992 انظر الشكل 1 histoblot).

بالنظر إلى نفس البنية الأولية لـ PrPC و PrPSc ، فإن العملية التي يتم من خلالها "تحويل" الحالة الطبيعية لبروتين PrP إلى الشكل المرتبط بالعدوى يبدو أنها تنطوي على تعديل ما بعد الترجمة أو تغيير في التشكل (على سبيل المثال ، Hope et al. ، 1986 ). فشل التوصيف الكيميائي الحيوي الواسع في العثور على أي فرق تساهمية بين بروتينات PrPC و PrPSc (على سبيل المثال ، Stahl et al. ، 1993). على النقيض من ذلك ، أظهرت القياسات الفيزيائية اختلافًا كبيرًا في التوافق في أشكال PrP. على سبيل المثال ، يشير التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء من فورييه و ازدواج اللون الدائري إلى أن المحتوى الحلزوني لشكل PrPC هو 40٪ ، مع القليل من الورقة أو بدونها (Pan et al. ، 1993).

على النقيض من ذلك ، يحتوي نموذج PRP 27-30 على 50٪ ورقة و 20٪ حلزون فقط (Caughey et al.، 1991 Pan et al.، 1993 Safar et al.، 1993). سمح هيكل الحل المقدم مؤخرًا لجزء من الماوس PrPC بتحديد مباشر لمحتوى البنية الثانوية لهذا الجزء من PrPC (Riek et al. ، 1996). يعد الاتفاق مع دراسة FTIR ممتازًا: من بين 109 من المخلفات القابلة للحل في أنواع PrP 121-232 ، يوجد 43 في اللولب (40٪) ، بينما توجد 8 بقايا فقط في خيوط قصيرين متوازيتين (7٪) (انظر الشكل 3 ب) ).

الشكل 2. نموذج تخطيطي لتحويل PrPC إلى PrPSc

في نموذج بلمرة التنوي ، يكون التحويل بين شكل PrPC (الدوائر) وشكل PrPSc (المربعات) سريعًا بطبيعته. ومع ذلك ، في حالة عدم وجود إجمالي كبير بما يكفي ليكون بمثابة نواة مستقرة ، تم تحديدها بواسطة مجموعة مربعات PrPSc ، فإن نموذج PrPC مفضل ديناميكيًا. في نموذج مساعدة القالب ، يكون تحويل PrPC أو التشكل المعدل ، PrPInt ، إلى PrPSc بطيئًا للغاية في حالة عدم وجود PrPSc ، ولكن عملية التحويل لا رجعة فيها بشكل فعال. إن PrPSc قادر على نشر نفسه عن طريق تحفيز تحويل جزيئات PrPInt الأخرى إلى شكل PrPSc. قد تشارك أيضًا عوامل إضافية غير محددة ، على سبيل المثال ، مرافق جزيئي ، في عملية التحويل (انظر النص).

الشكل 3. هيكل بروتين البريون

(أ) الهيكل الأساسي لـ PRP البشري الناضج. يظهر تسلسل البروتين الناضج ، البقايا 23-231 ، بعد المعالجة التحليلية للإشارة الإفرازية الطرفية NH2 والمنطقة الطرفية COOH خارج موقع مرساة GPI. يشار إلى الطفرات المتضمنة في المرض البشري الموروث باللون الأحمر ، فوق الخط ، وتظهر الأشكال المتعددة التي تحدث بشكل طبيعي كبسط / مقام على السطر ، باللون الأرجواني. تشير علامة النجمة إلى حدوث طفرة تنتج كودون توقف عند الحمض الأميني 145. كما تظهر المخلفات المتورطة في حواجز الأنواع ، بين الإنسان والفأر (مضاءة من الخلف باللون الأزرق) ، وبين الفأر والهامستر (بإضاءة خلفية باللون الأصفر). يظهر الهيكل الثانوي للمنطقة المقابلة 123-231 للماوس PrP ، المحدد من بنية NMR (Riek et al. ، 1996) ، أعلى التسلسل الأساسي ، مع خيوط ممثلة بالسهام واللولب بواسطة الأسطوانات.

(ب) هيكل مجال بروتين بريون الفأر PrP121-231. يظهر وجهان متعاكسان لبنية الماوس PrP121-231 التي تم تحديدها مؤخرًا بواسطة NMR (مأخوذة من Riek et al. ، 1996 ، بإذن). يتم عرض المخططات الشريطية في اللوحتين اليسرى ، تعرض الحلزونات الثلاثة والورقة القصيرة المضادة للتوازي ثنائية الشريطة. في اللوحة اليسرى العلوية ، يشير اللون الأخضر إلى بنية حلقة تم حلها جيدًا ، بينما يشير اللون الأرجواني إلى بنية حلقة تم حلها بشكل سيئ. تظهر رابطة ثاني كبريتيد باللون الأبيض. في اللوحة اليسرى السفلية ، تظهر السلاسل الجانبية المرتبطة بمرض البريون الموروث باللون الأحمر ، وتظهر المخلفات التي قد تكون متورطة في حاجز الأنواع بين الفأر والبشر باللون الأزرق (لا تظهر السلسلة الجانبية Q168). (لاحظ أن ترقيم السلسلة الجانبية يتوافق مع التسلسل البشري الموضح في [A]). يظهر موقعان للارتباط بالجليكوزيل يمكن الوصول إليه بواسطة المذيبات باللون الأخضر ورابط ثاني كبريتيد باللون الأصفر. تظهر مخططات الجهد الكهروستاتيكي في اللوحين الأيمن ، حيث تظهر الشحنة الموجبة على شكل شحنة زرقاء وسالبة مثل اللون الأحمر. تم اقتراح جانب من الجزيء الموضح في اللوحة العلوية على الأرجح لمواجهة غشاء ، في حين أن الجانب المعاكس سالب الشحنة (الألواح السفلية) قد يمثل سطحًا ملزمًا لرابط غير معروف حتى الآن (انظر النص).

عملية التحويل: PrPC الذاتية كهدف لـ PrPSc "المعدية"

ربما قدمت دراستان جينيتان مختلفتان أجريتا على الفئران أقوى دليل على أن الجسيمات المعدية تتولد من بروتين PrPC الداخلي. في إحداها ، لوحظ مرض البريون العفوي في الفئران المعدلة وراثيًا غير الملقحة التي تعبر عن الفئران المحورة وراثيًا مع استبدال مماثل لتلك الموجودة في مرضى GSS (Hsiao et al. ، 1990 Hsiao et al. ، 1994 Telling et al. ، 1996a). الأهم من ذلك ، أن متجانسات الدماغ من هذه الفئران يمكن أن تنقل مرض البريون عند تلقيحها في الفئران المعدلة وراثيًا التي تعبر عن مستويات منخفضة من نفس بروتين PRP الطافر ، والذي لن يؤدي إلى الإصابة بالمرض بطريقة أخرى (Hsiao et al.، 1994 Telling et al.، 1996a). وهكذا ، يبدو أن جميع المكونات المطلوبة لتكوين جزيئات معدية موجودة داخليًا في الفئران. علاوة على ذلك ، يبدو أن إزالة جين PrP الداخلي في الدراسة الأخيرة أدى إلى ظهور مبكر للمرض وعلم أمراض أكثر شدة في السلالة المعدلة وراثيًا غير المحصنة ، مما يعكس أن وجود PrP من النوع البري يتداخل بطريقة ما مع إنتاج المرض من الجينات المتحولة الطافرة.

في طريق ثانٍ من الدراسة ، تم إثبات الحاجة إلى بروتين PrPC في توليد العدوى بشكل مباشر ، حيث كانت الفئران التي تعاني من اضطراب في جين PrP الداخلي (Prnp0 / 0) مقاومة لمرض البريون وغير قادرة على توليد جزيئات معدية جديدة (B eler et al. ، 1993 Prusiner et al. ، 1993). الفرضية المباشرة التي اقترحتها هذه الملاحظات هي أن PrPC الداخلي يتم تحويله إلى تشكّل PrPSc من خلال عمل شكل معدي من جزيء PrP. ومع ذلك ، نظرًا للنشاط النوعي المنخفض حتى أنقى عينات PrPSc والملاحظة أنه في ظل بعض الظروف ، يبدو أنه يمكن أن يكون هناك مرض وعدوى في حالة عدم وجود مادة مقاومة للبروتياز (على سبيل المثال ، فئران GSS) ، لا يزال من الممكن أن يختلف الشكل المعدي لـ PrP عن شكل PrPSc المقاوم للبروتياز.

ينتج التحويل أسعارًا خاصة بالمضيف ويقيده "العوائق" بين الأنواع

كما هو متوقع لتفاعل تحويل متماثل يتم فيه إنشاء PrPSc جديد من PrPC الداخلي ، عندما تم تحديد أنواع PrPSc في أدمغة الفئران المعدلة وراثيًا التي تعبر عن الهامستر PrPC بعد التحدي مع بريونات الهامستر ، لوحظ بروتين PrPSc الهامستر ( Prusiner وآخرون ، 1990). في المقابل ، إذا تم تلقيح الحيوانات المعدلة وراثيًا ببريونات الفأر ، فقد لوحظ وجود PrPSc في الدماغ المصاب.

تم فحص الموقع في بنية PrPC للتفاعل المتماثل مع PrPSc عن طريق إنتاج فئران معدلة وراثيًا تحمل جينات خيمرية. عندما تم استبدال الجزء الأوسط من تسلسل الهامستر (الكودونات 94-188) ، التي تختلف في 5 بقايا من الماوس ، بالمنطقة المقابلة من الفئران المحورة جينيا ، لوحظ أن الفئران المعدلة وراثيا أصبحت عرضة لبريونات الهامستر ، مما أدى إلى إنتاج ، كما هو متوقع ، خيمري PrPSc (سكوت وآخرون ، 1993 وانظر الشكل 3 أ).

التحويل في المختبر

دعمًا للاقتراح القائل بأن التفاعل في المختبر أعاد إنتاج ذلك في الجسم الحي ، فإن خصوصية الأنواع في تفاعل التحويل بين الهامستر والفأر وفأر الهامستر تم استنساخها عن طريق التفاعل في المختبر (Kocisko et al. ، 1995). علاوة على ذلك ، كان هناك الحفاظ على خصوصية "السلالة" في المختبر (تمت مناقشتها أدناه) ، بقدر ما كانت أنماط مقاومة البروتيناز K المميزة لـ PrPSc من سلالتي بريون المنك ، والتي من المفترض أنها تعكس مطابقة PrPSc مختلفة ، قابلة للتكرار في النظام المختبر (Bessen et al. ، 1995).

نماذج لتحويل PrPC إلى PrPSc

في أحد النماذج ، يعد تكوين PrPSc عملية بلمرة تعتمد على التنوي. في حالة عدم وجود تجميع موجود مسبقًا ، يكون التحويل بين PrPC و PrPSc قابلاً للعكس ، لكن مونومر PrPSc أقل استقرارًا من PrPC. ومع ذلك ، فإن مجاميع PrPSc تعزز تحويل PrPC من خلال الارتباط بتكوين PrPSc غير المرغوب فيه وتثبيته. وبالتالي يكمن الحاجز أمام عملية التحويل المستقرة في مستوى عملية التنوي الأولية ، حيث لا يفضل تكوين مجاميع منخفضة الترتيب ، نظرًا لأن الطاقة المجانية المكتسبة من التفاعلات بين الجزيئات لا تفوق التكلفة الحتمية للربط حتى نواة ذات حجم أدنى تم تحقيقه.

إن مطلب تكوين النواة قبل أن يكون التحويل مستقرًا يتنبأ بخصائص معينة لعملية التجميع ، بما في ذلك الاعتماد على تجاوز تركيز البروتين الحرج للتكوين الأولي للركام ، والحركية التي تعرض مرحلة التأخر. يبدو أن عملية التحويل في المختبر تظهر مثل هذه الميزات (Caughey et al. ، 1995) ، ولكن ما إذا كانت نواة PrPSc موجودة بالفعل غير واضح من تصميم الدراسة. يميل الحجم الكبير نسبيًا للنواة المستقرة الدنيا إلى جعل مثل هذا الجسيم غير قابل للذوبان ، وبالتالي يمكن أن يفسر الملاحظة في التفاعل في المختبر بأن الكسور التي تحتوي على مجاميع PrPSc عالية الترتيب أكبر من 300 كيلو دالتون في الحجم يمكن أن تتوسط في التحويل إلى مقاومة البروتياز بينما لا تستطيع الكسور الأصغر حجمًا. وبالتالي ، فإن العدوى ستلتف على الخطوة البطيئة للتنوي عن طريق إدخال "بذرة" تبدأ في التجمع.

في الآلية المقترحة الثانية ، يكون شكل PrPSc بطبيعته أكثر استقرارًا من PrPC ، ولكن يتعذر الوصول إليه حركيًا (Prusiner ، 1991 الشكل 2). في هذه الحالة ، يمكن أن يعزز PrPSc التحويل عن طريق تحفيز إعادة ترتيب جزيء من PrPC ، أو وسيط غير مستقر جزئيًا ، إلى تكوين PrPSc الأكثر استقرارًا (الشكل 2). تعتمد العدوى بعد ذلك على قدرة جزيء PrPSc على الارتباط وتحفيز تحويل الجزيئات الوسيطة الموجودة. من خلال نموذج المساعدة هذا ، تنتج الأمراض الموروثة وراثيًا من الطفرات التي تزيد من عدد سكان المتوسط ​​غير المستقر و / أو تعزز المعدل الذي يتحول فيه هذا النموذج تلقائيًا إلى PrPSc.

لكل من الآليتين المقترحتين ، هناك سوابق مادية. في حالة بلمرة التنوي ، هناك تشابه مع بلمرة التوبولين ، ونمو البلورات ، وتكوين الهيموغلوبين المنجلي ، وتجميع القفيصة الفيروسية ، وبلمرة السوط البكتيري. قد تكون البلمرة السوطية مفيدة بشكل خاص. تصبح وحدة المونومر القابلة للذوبان ، فلاجيلين ، مدمجة في النهاية المتزايدة للسوط (Asakura et al. ، 1964 Asakura et al. ، 1966). تحتل المونومرات في المحلول ، حتى عند التركيز الملي مولاري تقريبًا ، تشكلاً غير قادر على التنوي تلقائيًا ، ولكن إذا تم وضع بذرة من السوط المجزأ في الخليط ، فإن البلمرة تحدث بسرعة. ومن المثير للاهتمام ، أن مونومرات البلمرة يمكن أن تفترض تشكيل مادة بذرة غير متجانسة ، مما يعكس سلوكًا "نموذجيًا". وتجدر الإشارة إلى أنه في حين أن "المجاميع" السابقة تتبنى بنية متكررة منتظمة ، فلا يوجد شيء في الفيزياء تقوم عليه عملية التنوي التي تتطلب أن تكون المجاميع المتكونة ذات ترتيب بعيد المدى.

هناك أيضًا سابقة لآلية التحويل المحفزة المدعومة بالقالب ، والتي يكون فيها PrPC عبارة عن تشكيل غير مستقر لا يشكل تلقائيًا PrPSc الأكثر استقرارًا بأي معدل ملموس. خلال السنوات القليلة الماضية ، لوحظ أن عددًا من البروتينات تشغل مثل هذه التوافقات تحت التحكم الحركي ، أي أنها مفصولة عن الحد الأدنى الحقيقي للطاقة الحرة بواسطة حاجز كبير. وتشمل هذه هيماجلوتينين الإنفلونزا (Baker and Agard ، 1994a) ، وعائلة السربين لمثبطات الأنزيم البروتيني (Sifers ، 1995) ، وعددًا من البروتياز بما في ذلك بروتين السبيتيزين والليتيك (Baker and Agard، 1994b). هذه الحالة الأخيرة من الأنزيم البروتيني ألفا ليتيك تكشف بشكل خاص.

هنا ، يكون التحويل البيني بين وسيط يشبه الكريات المنصهرة ، I والحالة الأصلية ، N ، بطيئًا للغاية ، مما يسمح بتحويل ضئيل أو معدوم على مدار الشهر (مما يعكس حاجزًا قدره 25 كيلو كالوري / مول). ومع ذلك ، يتم تسريع التحويل بشكل كبير عن طريق ربط منطقة البروببتيد التي تحدث بشكل طبيعي ، سواء في رابطة الدول المستقلة أو عبر ، مما يسمح للطي إلى N في غضون دقائق (يقلل البروببتيد الحاجز بمقدار 14 كيلو كالوري / مول). يثير هذا السلوك احتمال أن يكون طي PrP أيضًا تحت التحكم الحركي ، مع تفضيل الديناميكا الحرارية لحالة PrPSc ولكن لا يمكن الوصول إليها حركيًا. يمكن أن ينتج مرض البريون المعدي بعد ذلك إذا كان PrPSc قادرًا على تسريع تحويل PrPC إلى PrPSc بطريقة مماثلة للتحويل المحفز بين حالات I و N لبروتياز -lytic.

من المهم ملاحظة أن آليات التنوي والتحويل المحفز لا يستبعد أحدهما الآخر. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون هناك آلية هجينة يقوم من خلالها سطح الركام ، الذي يتكون في البداية من خلال عملية التنوي ، بتحفيز التغيير التوافقي للمونومرات غير المحولة. في الواقع ، في حالة تكوين الأسواط في المختبر ، تظهر الدراسات الحركية تأخرًا بين الدمج الأولي والقابل للانعكاس والملزم والمستقر في السوط (Asakura ، 1968). علاوة على ذلك ، تشير دراسات الرنين المغناطيسي النووي إلى أن نهايتي NH2 و COOH من فلاجيلين ، المضطربتين في المونومرات في المحلول ، يتم ترتيبها أثناء عملية البلمرة (Aizawa et al. ، 1990). عن طريق القياس ، يبدو من الجذاب اعتبار أن PrPC يمكن تحويله بهذه الطريقة ، بعد تفاعل أولي مع تجميع PrPSc.

تقدم أمراض تكوين الأميلويد الأخرى فرصة إضافية لفحص آلية إعادة الترتيب التوافقي. هناك ما لا يقل عن 15 مرضًا بشريًا يمكن أن يحدث فيها تراكم بروتين معين في ألياف مميزة غير قابلة للذوبان تُعرف باسم أميلويد ، والتي يتراوح قطرها عادةً بين 60 و 100 `` وتظهر انكسارًا مميزًا عند تلطيخها بصبغة الكونغو الأحمر (للمراجعة ، انظر كيلي ، 1996). تؤدي أمراض الأميلويد هذه إلى مجموعة متنوعة من العروض السريرية المختلفة ، والتي تعتمد على مواقع ترسب الأميلويد ، وتشمل مرض الزهايمر ، حيث يحدث التنكس العصبي بالاقتران مع ترسب بروتين الأميلويد.

على الرغم من الطيات المتميزة في الحالة الأصلية ، تخضع جميع البروتينات المتورطة في هذه الأمراض لتغييرات توافقية إلى بنية مشتركة في ليف الأميلويد ، وهو هيكل متقاطع متقاطع حيث يتم محاذاة الخيوط بشكل عمودي على محور ألياف الأميلويد. تشير دراسة حديثة حول حيود الألياف باستخدام إشعاع السنكروترون إلى أنه ، في الواقع ، يتم وضع الصفائح بشكل عمودي على محور الألياف ويتم ترتيبها على شكل حلزون مستمر (Blake and Serpell ، 1996). كما هو الحال مع مرض البريون ، يمكن بدء داء الأميلويد الأخرى عن طريق الطفرات الموروثة في تسلسلات الترميز ذات الصلة ، والتي من الواضح أنها تزعزع استقرار الحالة الأصلية لهذه البروتينات ، مما يمكنها من إعادة ترتيب التشكل الشائع في الأميلويد. تم إثبات عدم الاستقرار هذا بأناقة مؤخرًا بالنسبة لاثنين من متغيرات الليزوزيم النشواني المنقى بينما كانا نشطين إنزيميًا وتبلوران في مطابقة تقريبًا للنوع البري ، فقد أظهروا حماية قليلة أو معدومة من تبادل الديوتيريوم عند احتضانهم في محلول عند 37 درجة مئوية ، على عكس النوع البري (بوث وآخرون ، 1997). ومع ذلك ، فإن ألياف الليزوزيم المعزولة من مادة المريض تحتوي فقط على الليزوزيمات الطافرة التي لم يتم تجنيد البروتين من النوع البري الموجود في الأفراد غير المتجانسين. هذا يؤكد الاختلاف الرئيسي الذي يميز مرض البريون عن داء الأميلويد الأخرى ، أي أن الشكل المجمع لـ PrP قادر أيضًا على تعزيز إعادة ترتيب البروتين غير المطفر ، مما يسمح بانتقال المرض.

توفر الدراسات الحديثة مع الداء النشواني الآخر ، وهو اعتلال الأعصاب النشواني العائلي ، مزيدًا من التبصر في عملية التحويل النشواني (Kelly ، 1996 Lai et al. ، 1996). البروتين المتضمن ، ترانستريتين (TTR) ، هو ، في شكله الأصلي ، homotetramer الذي تكون وحداته الفرعية عبارة عن شطائر ذات ثمانية شرائح. في المختبر ، عند التعرض للأس الهيدروجيني 4-5 ، يتفكك TTR إلى المونومرات التي تخضع لإعادة الترتيب الهيكلي العالي ، ويترتب على ذلك تكوين الأميلويد (Lai et al. ، 1996). كما هو الحال مع تحويل البريون ، يمكن أن يكمن التحكم في تكوين أميلويد TTR إما في خطوة إنتاج ركام الأميلويد أو في خطوة إعادة ترتيب المونومر ، مما يستدعي التحكم الحركي. وقد لوحظت كلا الآليتين مع TTR في المختبر. دعماً لخطوة التنوي ، لوحظ أن تكوين ليفي يظهر مرحلة تأخر ويتم تسريعها بعد البدء بإضافة مونومر أميلويدوجينيك. لدعم التحكم الحركي ، تم تكوين كمية أكبر من TTR amyloid عند الرقم الهيدروجيني 4.4 أثناء الانكسار من المُحول أكثر مما لوحظ بدءًا من البروتين الأصلي ، مما يعكس حاجزًا حركيًا بين وسيط amyloidogenic و tetramer الأصلي.

وهكذا ، بالنسبة لـ TTR ، بينما لوحظ كلا النوعين من التحكم في المختبر ، لا يزال من غير الواضح ما هي الخطوة التي تحدد المعدل في الجسم الحي. ما هو ارتفاع الحاجز الحركي لتكوين شكل الأميلويدوجينيك في درجة الحرارة الفسيولوجية ، ودرجة الحموضة ، والقوة الأيونية؟ على وجه الخصوص ، بدون التكوين المحفز للوسيط النشواني ، كيف يمكن أن يكون هناك تراكم كافٍ لهذا الوسيط لتشكيل نواة مستقرة من شأنها تعزيز البلمرة الفعالة؟

بدلاً من ذلك ، إذا كان الحاجز أمام إنتاج المادة الوسيطة مرتفعًا جدًا في الجسم الحي بحيث يكون الحدث التحفيزي مطلوبًا ، فما الذي يتوسط مثل هذا الحدث في غياب البروتين المحول الموجود مسبقًا؟ أخيرًا ، نظرًا لملاحظة ظاهرة البذر في المختبر ، لماذا يبدو أن مجاميع TTR غير معدية على عكس البريونات؟ هل هذه خاصية للاستقرار الأكبر لـ PrPSc؟ أم أن المجاميع المعنية تتم معالجتها بشكل مختلف بواسطة أنظمة الأعضاء المختلفة المعنية؟

فيما يتعلق بمثل هذا الاختلاف في علم وظائف الأعضاء ، يبدو أن هناك ملاحظتين جديرتين بالملاحظة. في حالة TTR ، تم مؤخرًا عرض آلية لإزالة ألياف TTR (تان وآخرون ، 1995) ، وفي حالة مرض البريون ، لوحظ أنه حتى بعد التلقيح داخل الدماغ للفئران بالبريونات ، هناك الاكتساب المبكر للعدوى في الطحال ، قبل وقت طويل من ظهور العدوى في الدماغ (Eklund et al. ، 1967 Kimberlin and Walker ، 1979 Weissmann et al. ، 1997). تمشيا مع خطوة النسخ المتماثل الأولية في الجهاز اللمفاوي الذي يفضل الغزو العصبي ، كانت فئران SCID مقاومة نسبيًا لمرض الجهاز العصبي المركزي بعد التلقيح داخل الصفاق (6 فقط من أصل 18 حيوانًا) ، مقارنة مع رفقاء القمامة ذوي الكفاءة المناعية (13 من 14 حيوانًا) (Lasm zas et آل ، 1996 أ انظر أيضًا Kitamoto et al. ، 1991). من المفترض أن حيوانات SCID التي طورت المرض قد اكتسبت عدوى الجهاز العصبي المركزي عن طريق الانتشار العصبي المباشر ، واقترحت في الدراسات المبكرة أن تمتد من الجهاز العصبي المحيطي إلى الحبل الشوكي إلى الدماغ (على سبيل المثال ، Kimberlin and Walker ، 1979).

"سلالات" بريون: مطابقة PrPSc متعددة مميزة

يمكن أن تمثل هذه المطابقات المختلفة إما هياكل ثلاثية مختلفة أو ، بدلاً من ذلك ، مجموعات رباعية مختلفة من نفس الطية. يبدو أن الحالة الأخيرة تذكرنا بقدرة العديد من البروتينات على حزم أشكالها الأصلية في شبكات بلورية مختلفة ، أو تجميع خيوط سوطية ، حيث تؤدي إضافة بذور مختلفة إلى تكوين هياكل متميزة. يمكن أن يكون هذا التنوع كبيرًا ، كما هو الحال في موضوع التبلور الشائع ، وهو ليسوزيم بيض الدجاج ، والذي يظهر أنه يتراكم في خمس مجموعات فضاء بلورية مختلفة على الأقل.

بدلاً من ذلك ، يظل من الممكن وجود تعديلات مثل الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ N والتي تمنح خصائص خاصة بالسلالة ، على الرغم من أن هذا التعديل لا يبدو ضروريًا لاكتساب PrPSc المقاوم للبروتيناز K في نظام خلية مستنبت (Taraboulos et al. ، 1990). بغض النظر عما إذا كان التشكل أو الاختلافات التساهمية هي المسؤولة ، يبدو من الممكن أن الخصائص الخاصة بالسلالة لوقت الحضانة وتوطين الدماغ قد تعكس استهداف أشكال مختلفة من PrPSc لخلايا معينة من الجهاز العصبي المركزي. ثم تنقل هذه الخلايا الشكل نفسه إلى الجزيئات المحولة حديثًا (Hecker et al. ، 1992 Weissmann et al. ، 1997).

في حين أن الاختلافات الهيكلية الأولية ليست ضرورية لإنتاج سلالات مختلفة ، فقد تم الإبلاغ مؤخرًا عن مثال على أصل التسلسل الأولي لخصائص السلالة في مرض البريون البشري (Telling et al. ، 1996b). يرتبط FFI البشري D178N بـ PrPSc المقاوم للبروتيناز K البالغ 19 كيلو دالتون بعد إزالة الجليكوزيل ، بينما يرتبط كل من CJD العائلي والمتقطع بأنواع 21 كيلو دالتون. يؤدي تلقيح دماغ الإنسان المعني إلى الفئران المحذوفة من Prp التي تحتوي على جين متحور وراثي من الفئران البشرية (MHuM) إلى إنتاج مرض مرتبط بـ PrPSc الحجم على التوالي ، مما يشير إلى أن النوعين المتميزين من PrPSc يمكنهما تشكيل هيكل MHuM PrP الأساسي الفردي في بنية مختلفة المطابقات.

تم التأكيد مؤخرًا على أهمية دراسة أصل وطبيعة الاختلافات في السلالات من خلال تقارير عدد من حالات داء كروتزفيلد جاكوب التي يبدو أنها مرتبطة بوباء مرض جنون البقر في الماشية البريطانية (ويل وآخرون ، 1996). على الرغم من قلة عدد الحالات ، يشير عدد من الملاحظات إلى أن nvCJD يمثل مرضًا جديدًا يختلف عن مرض كروتزفيلد جاكوب المتقطع. أولاً ، nvCJD له علم أمراض متميز يتميز بوفرة "لويحات مزهرة" مزينة بنمط يشبه الأقحوان من الفراغ (الشكل 1). ثانيًا ، هناك عمر أقل بكثير من ظهور مرض كروتزفيلد جاكوب المتقطع. الفكرة القائلة بأن nvCJD يمكن أن ينتقل من الماشية إلى الرئيسيات كانت مدعومة بالملاحظة التي مفادها أن التلقيح داخل الدماغ لمستخلص الدماغ المصاب بمرض جنون البقر في قرود المكاك أنتج أمراضًا وأمراضًا تشبه تلك الموجودة في مرضى nvCJD (Lasm zas et al. ، 1996b).

أثار هذا احتمال أن يكون nvCJD سلالة تم تحديدها حديثًا من البريون والتي كانت أقل تقييدًا بواسطة حاجز الأنواع. تم دعم ذلك مؤخرًا من خلال الدراسات التي تفحص نمط أنواع PrPSc المقاومة للبروتيناز K من مرضى nvCJD ، ولا سيما مقارنة الأنواع ثنائية ، وأحادية ، وغير الجليكوزيلية مع تلك الموجودة في متجانسات الدماغ للمرضى الذين يعانون من مرض كروتزفيلد جاكوب المتقطع أو علاجي المنشأ ، والمتجانسات. من الحيوانات المصابة بمرض جنون البقر بما في ذلك القطط وقرود المكاك (كولينج وآخرون ، 1996). لوحظ أن nvCJD يشترك في نمط شائع مع الحيوانات المصابة بمرض جنون البقر ، يختلف عن نمط CJD المتقطع أو المكتسب. كانت الأنواع ثنائية الجليكوزيلات المقاومة للبروتيناز K بارزة بشكل خاص ، مما أثار تساؤلات حول ما إذا كان هذا الشكل من PrPC أكثر عرضة للتغير التوافقي بوساطة مرض جنون البقر أو ما إذا كانت مجموعة من الخلايا التي تنتج بشكل تفضيلي PrP ثنائي الجليكوزيلات يمكن استهدافها بسهولة أكبر بواسطة BSE (Aguzzi و Weissmann ، 1996).

عملية التحويل في الجسم الحي

أظهرت دراسات إضافية في نظام الخلايا المستنبتة أن التحويل إلى PrPSc يمكن حظره عن طريق إضافة فوسفوليباز C خارجي المنشأ أو عن طريق البروتياز ، مما يشير إلى أن PrPC يخضع للتحويل إما على سطح الخلية أو بعد الاستيعاب من سطح الخلية إلى مسار الالتقام ( Caughey and Raymond، 1991 Borchelt et al.، 1992). دعماً لمتطلبات الاستيعاب ، فإن الحضانة ذات درجة الحرارة المنخفضة (18 درجة مئوية) ، والتي تؤخر الالتقام الخلوي ، أعاقت أيضًا إنتاج PrPSc (Borchelt et al. ، 1992). لاحظت الجهود الإضافية لتحسين التوطين أن البروتينات المثبتة على GPI تتمركز على سطح الخلية في غزوات غشاء البلازما الغنية بالكوليسترول والتي تكون Triton X-100 غير قابلة للذوبان ، والمعروفة باسم DIGS (أغشية المنظفات غير القابلة للذوبان المخصبة بالجليكوسفينجوليبيد) (البني والورد ، 1992 سمارت وآخرون ، 1995).دعم دور مثل هذه المقصورة ، فإن معالجة نظام الخلايا المستنبتة بمثبط تخليق الكوليسترول الحيوي ، لوفاستاتين ، أعاقت عملية التحويل ، لكن لم يكن من الواضح ما إذا كان هذا التأثير قد توسط بفشل PrPC في الوصول إلى سطح الخلية أو عن طريق تعطيل DIGS حيث قد يتم التحويل (Taraboulos et al. ، 1995). يتم إلقاء مزيد من عدم اليقين من خلال الملاحظة التي مفادها أن غياب مرساة GPI من PrP المقطوع يثبط لكنه لم يمنع إنتاج أنواع PrPSc المقاومة للبروتيناز K في الخلايا المستزرعة (Rogers et al. ، 1993).

مهما كانت الأجزاء المحددة المعنية ، يبدو من الواضح أن PrPC يصل إلى سطح الخلية وأن هذا التوطين قد يجعله هدفًا يسهل الوصول إليه لـ PrPSc الخارجية ، على الرغم من أنه يبدو من الواضح أيضًا أن PrPSc المقدمة من خارج الخلية يمكن أن تستوعب نفس المسار مثل PrPC والتوسط في التحويل داخليًا. أيًا كان الموقع ، فإن فكرة أن التحويل يمكن أن يحدث في حجرة غشائية معينة تحتوي على مجموعة فرعية معينة من البروتينات لديها إمكانية لدراسات إعادة التكوين. إذا كانت هذه المقصورة المحتوية على PrPC قابلة للعزل ككسر غشاء Triton غير قابل للذوبان منخفض الكثافة ، فيجب أن يكون من الممكن اختبار التحويل مع الجزء المعزول ، مما قد يسمح بتحديد حدود المكونات الضرورية للتحويل.

تشير الدراسات المعدلة وراثيًا الحديثة حول قابلية الفئران التي تعبر عن الفأر البشري الوهمي PrPC إلى أن عامل مضيف واحد على الأقل بخلاف PrPC ، والذي يُطلق عليه مؤقتًا العامل X ، قد يكون متورطًا في القابلية للإصابة (Telling et al. ، 1995). من المتصور أن العامل X يمكن أن يكون مساعدًا جزيئيًا يرتبط بـ PrPC ويساعد في تغيير شكله. تأتي سابقة لمشاركة المرافِق في عملية التحويل من الدراسات الحديثة في الخميرة ، حيث يمكن تحويل المنتج المترجم خلويًا للجين SUP35 ، المتضمن في الإنهاء متعدية ، إلى جزيء مجمع غير نشط بيولوجيًا ، مما يمنح نمطًا ظاهريًا من قمع الهراء (PSI +) (تشيرنوف وآخرون ، 1995 باتينو وآخرون ، 1996 باوشكين وآخرون ، 1996 انظر أيضًا Masison and Wickner ، 1995).

يبدو أن مجاميع SUP35 تعمل كنواة ، مما يعزز تجميع بروتين SUP35 المركب حديثًا ، مما يسمح بانتشار حالة PSI + بطريقة مماثلة لعملية تحويل PrPC-to-PrPSc. بشكل مثير للدهشة ، وُجد أن صيانة حالة PSI + تعتمد على المرافقة الجزيئية ، Hsp104 ، وهي بنية حلقة مفردة متجانسة الشكل كبيرة مع موقعين لربط ATP في كل وحدة من وحداتها الفرعية ، والتي سبق أن ثبت أنها تميل إلى فصل مجاميع البروتين المنتجة بالصدمة الحرارية (بارسيل وآخرون ، 1994). بشكل ملحوظ ، أدى حذف Hsp104 أو الإفراط في التعبير عنه إلى اختفاء متوافق لمجموعات SUP35 وفقدان حالة PSI +. في حالة تحويل PrP ، لم يتم تحديد مكون مرافق عام مثل Hsp104 حتى الآن في المواقع الخلوية حيث يبدو أن التحويل يحدث.

الدراسات الهيكلية لـ PRPC

يتميز الهيكل الثانوي لـ PrP121-231 بثلاث حلزونات واثنين من الخيوط القصيرة المضادة للتوازي (الشكل 3 ب). يتكهن كل من Glockshuber و Wuthrich وزملاء العمل بأن هذه الميزة الأخيرة يمكن أن تكون "موقع تنوي" للانتقال المطابق إلى نموذج PrPSc الغني بالورق ، والذي من المفترض أن يتضمن الحلقات المجاورة. ومن المثير للاهتمام ، أن تعدد أشكال الميثيونين / فالين يؤثر على التخلص من مرض كروتزفيلد_جاكوب (CJD) في أحد هذه الخيوط. إن ملاحظة أن تغاير الزيجوت لـ Met / Val في هذا الموضع هو وقائي (Palmer et al. ، 1991) يترك المرء يتساءل عما إذا كانت هذه السلاسل قد تكون متورطة أيضًا في الاتصالات بين الجزيئات المتضمنة إما في عملية التحويل أو في تجميع PrPSc.

يكشف تحليل الخصائص السطحية لجزيء PrP121-231 عن وجهين متباينين ​​(الشكل 3 ب). أحدهما موجب إلكتروستاتيكيًا بشكل عام ولكنه يحتوي على بقع متشابكة كارهة للماء ، مما يشير إلى أنه يمكن أن يواجه غشاء الخلية. على النقيض من ذلك ، فإن الوجه المقابل سالب إلكتروستاتيكيًا ، ويحتوي على موقعي الارتباط بالجليكوزيل. Riek et al. تشير إلى أنه يمكن أن يكون موقعًا لربط ترابط غير معروف حتى الآن. (هل يمكن أن يكون هذا PrPC نفسه ، على خلية أخرى ، على سبيل المثال؟) بالإضافة إلى ذلك ، يحمل هذا السطح عند حافة واحدة تحتوي على اللولب الأول ، وهي منطقة مقترحة للعمل كموقع ربط يمكن الوصول إليه لـ PrPSc. تحتوي هذه المنطقة على 5 من 14 من المخلفات المتورطة بواسطة الدراسات الوراثية المعدلة وراثياً لتكون مهمة إما لحاجز أنواع الفأر البشري أو الفأر الهامستر (الشكل 3 أ والشكل 3 ب). تقع ثلاثة من المخلفات المتبقية المشاركة في حاجز الأنواع على الحافة المقابلة للجزيء ، وتقع في منطقة حلقة بين الخيط الثاني واللولب الثاني (يظهر 166 فقط في الشكل 3 ب). تشكل المخلفات الخمسة المتبقية موقع ربط PrPSc مفترض ثالثًا يقع بين البقايا 90 و 122 ، وهي منطقة غير موجودة في الهيكل.

ومن المثير للاهتمام ، أن مواقع حاجز الأنواع ومواقع التخلص من الطفرات البشرية تبدو ، حتى الآن ، متنافية. في حين أن المنطقة التي تحتوي على اللولب 1 تبدو كمحدد لحاجز الأنواع ، فإن الطفرات البشرية تتجه إلى خريطة المرض إلى منطقة الحلزونات الأخرى ، مع ثلاثة خرائط في النواة الكارهة للماء وثلاثة على السطح السالب الكهروستاتيكي. يمكن أن تؤدي هذه الطفرات ، في المقابل ، إلى زعزعة استقرار البنية أو التأثير على ارتباط الترابط.

مع وجود معلومات هيكلية من هذا النوع في متناول اليد الآن ، سيكون من الممكن إجراء مجموعة من دراسات الهيكل والوظيفة المتعلقة بمناطق حاجز الأنواع والطفرات البشرية بعملية التحويل. على سبيل المثال ، ينبغي أن يكون من الممكن تقييم الأهمية النسبية للمناطق الهيكلية الثلاثة المتورطة في حاجز الأنواع. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المسوخ المصمم مع انخفاض أو زيادة استقرار PrPC ، والذي يتم قياسه في المختبر باستخدام البروتين المؤتلف المنقى ، سيجعل من الممكن اختبار ما إذا كان عدم استقرار بنية PrPC الأصلية يسهل التحويل في الجسم الحي. أخيرًا ، قد توفر الأجسام المضادة المتولدة ضد الببتيدات المدفونة في بنية PrPC الأصلية كواشف للكشف على وجه التحديد عن شكل PrPSc. بينما تستسلم PrPC أخيرًا للتحليل الهيكلي ، على النقيض من ذلك ، في حالة عدم وجود بروتوكولات لإذابة PrPSc ، قد تتطلب المعلومات الهيكلية على النموذج المحول تقنيات غير محلولة مثل الحالة الصلبة NMR (على سبيل المثال ، Heller et al. ، 1996).

ما الذي ينتج مرض البريون؟ هل هو نقص في PrPC أم إنتاج PrPSc؟

من ناحية أخرى ، فشلت هذه السمات السريرية والمرضية لنقص PRPC في تلخيص تلك الخاصة بمرض البريون الكلاسيكي. على العكس من ذلك ، هل يمكن أن ينتج عن إنتاج PrPSc وحده المرض؟ تناولت دراسة أنيقة حول Aguzzi و Weissmann وزملاء العمل هذا السؤال مؤخرًا (Brandner et al. ، 1996a). قاموا بتطعيم أنسجة دماغية من فأر طبيعي معبر عن PrPC في حيوان خاضع للمغادرة ، ثم تم تلقيحهم ببريونات الفأر. لاحظوا الخصائص المرضية لمرض البريون على وجه التحديد داخل الأنسجة المطعمة ، ولكن ليس داخل الأنسجة الضربة القاضية. ومع ذلك ، هاجر PrPSc المنتج داخل الأنسجة المريضة إلى الأنسجة الفارغة المجاورة.


هل من الممكن عزل وتحليل المواد الوسيطة لطي البروتين؟ - مادة الاحياء

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

يطوى، في الجيولوجيا ، التموج أو الأمواج في الصخور الطبقية لقشرة الأرض. تشكلت الصخور الطبقية في الأصل من الرواسب التي ترسبت في صفائح أفقية مسطحة ، ولكن في عدد من الأماكن لم تعد الطبقات أفقية ولكن تم التفافها. في بعض الأحيان يكون الالتواء لطيفًا جدًا لدرجة أن ميل الطبقات يكون بالكاد محسوسًا ، أو قد يكون الالتواء واضحًا لدرجة أن طبقات الجانبين قد تكون متوازية بشكل أساسي أو مستوية تقريبًا (كما في حالة الطية الراكدة). تختلف الطيات على نطاق واسع في الحجم ، فبعضها يبلغ عدة كيلومترات أو حتى مئات الكيلومترات ، والبعض الآخر لا يتجاوز بضعة سنتيمترات أو أقل. عادةً ما تتآكل قمم الطيات الكبيرة بعيدًا على سطح الأرض ، مما يؤدي إلى تعريض المقاطع العرضية للطبقات المائلة (أنظر أيضا التعرية).

تصنف الطيات عمومًا وفقًا لموقف محاورها ومظهرها في المقاطع العرضية المتعامدة مع اتجاه الطية. المستوى المحوري للثنية هو المستوى أو السطح الذي يقسم الطية بشكل متماثل قدر الإمكان. قد يكون المستوى المحوري عموديًا أو أفقيًا أو مائلاً عند أي زاوية وسيطة. محور الطية هو تقاطع المستوى المحوري مع إحدى الطبقات التي تتكون منها الطية. على الرغم من أن المحور في أبسط أنواع الطيات يكون أفقيًا أو مائلًا برفق ، إلا أنه قد يكون مائلًا بشدة أو حتى رأسيًا. زاوية ميل المحور ، مقاسة من الأفقي ، تسمى الغطس. تشكل أجزاء الطية بين المحاور المجاورة الأجنحة أو الأطراف أو منحدرات الطية.

الخط المنحني هو طية محدبة لأعلى ، والخط المتزامن هو طية مقعرة لأعلى. إن anticlinorium هو خط مضاد كبير يتم فرض طيات طفيفة عليه ، و synclinorium عبارة عن خط متزامن كبير يتم فرض طيات طفيفة عليه. الطية المتماثلة هي التي يكون فيها المستوى المحوري عموديًا. الطية غير المتماثلة هي التي يميل فيها المستوى المحوري. الطية المقلوبة ، أو المفرطة ، لها المستوى المحوري مائل لدرجة أن الطبقات الموجودة على أحد الأطراف تنقلب. الطية الراكدة لها مستوى محوري أفقي بشكل أساسي. عندما يكون طرفا الطية متوازيين بشكل أساسي مع بعضهما البعض وبالتالي يكونان متوازيان تقريبًا مع المستوى المحوري ، فإن الطية تسمى متساوية.

العديد من الطيات خطية بشكل واضح ، أي أن مداها الموازي للمحور أكبر بعدة مرات من عرضها. ومع ذلك ، فإن بعض الطيات ليست خطية ولكنها دائرية بشكل أو بآخر في المخطط. القبة هي طية محدبة إلى الأعلى وهذا يعني أن طبقاتها تنخفض إلى الخارج من منطقة مركزية. الحوض هو طية دائرية مقعرة لأعلى ، أي تنحدر الطبقات إلى الداخل باتجاه منطقة مركزية.

يُعتقد أن الطيات الخطية الطويلة التي تتميز بها المناطق الجبلية نتجت عن قوى انضغاطية تعمل بالتوازي مع سطح الأرض وعند الزوايا القائمة على الطية (أنظر أيضا جبل). يعتقد بعض الجيولوجيين أن العديد من الطيات ناتجة عن انزلاق طبقات من منطقة مرتفعة رأسياً تحت تأثير الجاذبية. قد يؤدي الدفع الذي يمارسه نهر جليدي متقدم أيضًا إلى إلقاء صخور متماسكة بشكل ضعيف في الطيات ، ويؤدي ضغط الصخور الرسوبية فوق التلال المدفونة إلى حدوث طيات لطيفة. في الطبيعة ، نادرًا ما يتم إنتاج الطيات من خلال عملية واحدة ولكن من خلال مجموعة من العمليات.

محررو Encyclopaedia Britannica تمت مراجعة هذه المقالة وتحديثها مؤخرًا بواسطة محرر John P. Rafferty.


شاهد الفيديو: تقوية وتضخيم العضلات بمشروب سحري حفنة عين جرادة لبناء العضلات ستقوي العضلات النائمة لديك تجعلها ضخمة (شهر فبراير 2023).