Protein-Alpha-Synuklein ist ein Tetramer, kein Monomer • Vera Bashmakova • Science News zu "Elementen" • Molekularbiologie, Medizin

Alpha-Synuclein-Protein ist ein Tetramer, kein Monomer

Abb. 1. Ein Beispiel zeigt, dass alpha-Synuclein in einer eukaryotischen Zelle vorwiegend in Form eines Tetramers vorliegt. Dies sind Western Blots (Western Blot; siehe auch Western Blot), erhalten auf der Basis einer Art von Polyacrylamid-Gelelektrophorese (nämlich blaue native Polyacrylamid-Gelelektrophorese – BN-PAGE). Schwarze Kreuzstreifen entsprechen dem Level von Alpha-Synuclein. Es ist ersichtlich, dass das Molekulargewicht des Proteins hier etwa 50 kDa beträgt, während die Monomermasse nur 14,46 kDa beträgt. M17D, HeLa, HEK293 und COS-7 – verschiedene Zelllinien, RBC-Lysat – Erythrozytenlysat, Maus cort. – Stirnrinde einer Wildtyp-Maus. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Natur

Es kommt oft vor, dass wichtige Studien zum Stillstand kommen, weil sie aus den falschen Prämissen kommen. Ein Fehler kann aus vielen Gründen auftreten, zum Beispiel aufgrund der Tatsache, dass eine falsche Technik gewählt wurde, um eine Tatsache zu klären. Offensichtlich ist dies genau das, was bei der Bestimmung der Struktur des Alpha-Synuklein-Proteins passiert ist (siehe Alpha-Synuclein), das Aggregate in einer der häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen, der Parkinson-Krankheit, bildet.

Im Jahr 1986 wurde eine erbliche Form der Parkinson-Krankheit entdeckt – ein Teil des italienischen Dorfes Contursi Terme litt darunter (ContursiTerme); anscheinend ist die Krankheit von einem Ehepaar gegangen, das am Ende des siebzehnten Jahrhunderts in diesem Dorf lebte. Zehn Jahre lang haben Forscher daran gearbeitet, die Mutation zu identifizieren, die zur Krankheit geführt hat, und schließlich 1996 konnten sie feststellen, dass die Mutation im Gen des Alpha-Synuclein-Proteins liegt.

Fast unmittelbar danach stellte sich heraus, dass das gleiche Protein der Hauptbestandteil von Levi-Körpern ist (Aggregate, die während des Parkinson-Syndroms in einigen Gehirnbereichen vorkommen) und auch bei Patienten mit nicht-hereditärem Parkinsonismus! Dies wies auf eine äußerst wichtige Rolle des Proteins bei der Pathogenese der Krankheit hin. Alpha-Synuclein scheint der Schlüssel zum Geheimnis der Entwicklung des Parkinsonismus (und sogar aller neurodegenerativen Erkrankungen im Allgemeinen) zu sein. Kochen Sie stürmische Forschung über die Struktur dieses Proteins und die Funktionen, die es im Körper durchführt. Und diese Studien führten nicht zu fast allen Ergebnissen.

Nein, viel, natürlich, hat es geschafft zu lernen. Fast sofort stellte sich heraus, dass Alpha-Synuclein ein kleines, fast unstrukturiertes monomeres Protein ist, das nur in Kombination mit einer Lipidmembran eine ausgeprägte Konformation annimmt.Die Forscher stützen sich im Wesentlichen auf diese Daten, wenn sie herausfinden wollten, welche Funktion das Alpha-Synuclein in der Zelle hat und welche Rolle es bei der Pathogenese des Parkinsonismus spielt. Und vielleicht haben sie keine greifbaren Ergebnisse erzielt, weil diese Daten falsch waren.

Tatsache ist, dass diese Daten an einem rekombinanten Protein erhalten wurden – also an einem, das produziert wurde durch Bakterien nachdem sie das Gen, das für dieses Protein kodiert, in sie eingefügt haben. Und wenn Sie eukaryotische Proteine ​​untersuchen, die von Bakterien produziert werden, müssen Sie sehr sorgfältige Schlussfolgerungen ziehen. Eine Bakterienzelle unterscheidet sich auf vielerlei Weise von einer eukaryotischen Zelle, und die Mechanismen der Reifung von Proteinen in diesen beiden Zelltypen sind sehr unterschiedlich. Obwohl die Aminosäuresequenz eines Bakterienproteins korrekt zusammengesetzt werden kann, ist es daher keineswegs eine Tatsache, dass dieses Protein in einer Bakterienzelle am Ende genauso wie in einer eukaryotischen Zelle ausfallen wird. Vielleicht ist ein Faktor nicht genug, um sich richtig zu entwickeln, vielleicht sollte seine Reifung in einer eukaryotischen Zelle in einem separaten Kompartiment stattfinden, das in den Bakterien einfach nicht existiert, aber was kann getan werden!

Und so entschieden sich drei Wissenschaftler der Harvard Medical School, die Struktur von Alpha-Synuclein aus eukaryotischen Zellen sorgfältig und sorgfältig zu untersuchen.

Die Zellen wurden auf verschiedene Arten verwendet – von verschiedenen Zelllinien bis hin zu Maus-Gehirnzellen und menschlichen roten Blutzellen (die, wie sich kürzlich herausstellte, auch Alpha-Synuclein enthalten). Um die Größe des Proteins zu untersuchen, wurden solche Techniken verwendet, die praktisch nicht die Konformation des Proteins verletzen, es nicht in Stücke aufbrechen, wenn es aus mehreren Untereinheiten besteht, und es im Allgemeinen so intakt wie möglich belassen. Und laut den Ergebnissen der Experimente stellte sich heraus, dass Alpha-Synuclein ein Homotetramer ist, dh ein Protein, das aus vier identischen Untereinheiten besteht.

Das Ergebnis war ziemlich unerwartet, weil man immer glaubte, dass alpha-Synuclein ein monomeres Protein ist.

Ein weiteres wichtiges Merkmal von Alpha-Synuclein war seine Strukturlosigkeit. Es war üblich zu denken, dass dieses Protein praktisch keine sekundäre Konformation hat und nur dann in die Alpha-Helix koaguliert, wenn es an die Lipidmembran bindet.

Stellen Sie sich die Überraschung der Forscher vor, als sich herausstellte, dass das tetramere Protein, anders als das monomere, eine ausgeprägte alpha-helikale Struktur hat! Gleichzeitig änderte die Bindung des Tetramers an die Lipidmembran seine Konformation praktisch nicht (obwohl sie stärker mit ihm verbunden war als das Monomer). Gleichzeitig wurde ein lockeres, unstrukturiertes Monomer, das die Membran kontaktiert hatte, wirklich "hochgezogen" und zu einer Alpha-Helix. Dies ist besonders wichtig, weil in vielen Theorien, die die Pathogenese des Parkinsonismus erklären, der Schwerpunkt auf der Tatsache lag, dass das in einer Spirale aufgewickelte Alpha-Synuclein nicht so geneigt wäre, bereitwillig aggregierende Beta-Konformationen zu bilden. Aber wenn dieses Protein normal ist – ein Tetramer, das anfänglich ohne irgendeine Bindung an die Membran eine klare alpha-helikale Konformation hat, dann muss das ganze Bild der Pathogenese der Krankheit revidiert werden.

Und dann beschlossen die Wissenschaftler, die Fähigkeit jedes der Proteine ​​zu untersuchen, die aus eukaryotischen Zellen (und genauer gesagt roten Blutkörperchen), Tetramer und rekombinantem Monomer, das von Bakterien produziert wurde, gebildet wurden, um Proteinaggregate zu bilden.Und eine überraschende Sache stellte sich heraus: das Monomer bildete leicht Aggregate, und das Tetramer bildete sie überhaupt nicht! Daraus kann man schließen, dass die Bildung von Levi's Taurus im Parkinsonismus auf der Tatsache beruht, dass Tetramere aus irgendeinem Grund auseinanderfallen und dadurch eine große Anzahl von Monomeren, die zur Aggregation neigen, gebildet wird. Wenn dieses Bild korrekt ist, dann wird es irgendwie möglich sein, die pathologischen Prozesse zu kompensieren, indem man die alpha-synukleine tetramere Struktur stabilisiert.

Abb. 2 Tetramer-Alpha-Synuclein bildet keine Aggregate in vitro sogar am zehnten Tag des Experiments, während das Monomer schon am fünften Tag Aggregate bildet. Entlang der horizontalen Achse – Zeit in Tagen. Vertikale Achse – Aggregationsgrad, gemessen an der Fluoreszenz von Thioflavin T (siehe Thioflavin), einem Fluoreszenzfarbstoff, der spezifisch an Fibrillen bindet. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Natur

Natürlich ist es unmöglich, aus den erhaltenen Daten eine eindeutige Schlussfolgerung zu ziehen, dass die normale Struktur von Alpha-Synuclein tetramere und keine andere ist. Es ist möglich, dass Tetramere, Trimere, Dimere und Monomere gleichzeitig in der Zelle schwimmen.Die Tetramerstruktur scheint jedoch am häufigsten zu sein, und es ist möglich, dass ihre Zerstörung zur Aggregation dieses Proteins führt.

Quelle: Tim Bartels, Joanna G. Choi, Dennis J. Selkoe. α-Synuclein kommt physiologisch als helikal gefaltetes Tetramer vor, das der Aggregation widersteht // Natur. V. 477. S. 107-110 (1. September 2011).

Vera Basmakowa


Like this post? Please share to your friends:
Schreibe einen Kommentar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: