UT Southwestern Forscher verwendeten Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) zu bestimmen, die in der Nähe von atomaren Struktur der kleinste membrane protein gelöst bisher. Ihre Arbeit besser führen könnte Immuntherapien bei Krebs und verbesserte Behandlungen für Autoimmun-Krankheiten wie lupus.
Cryo-EM — der Technologie zugeschrieben, die „Auflösung revolution“ im Gange, in der strukturellen Biologie verwendet eine massive Mikroskop zu Schießen, einen schmalen Strom von Elektronen durch dünne, flash-gefrorenen Proben. Die STING (Stimulator of Interferon Genes) protein studierte in UT Southwestern 24/7-Cryo-Electron Microscopy Facility ist etwa die Hälfte der Größe des nächsten kleinste Membran-protein bestimmt, die Forscher sagte.
UT Southwestern Dr. Zhijian „James“ Chen, ist eine entsprechende Autor auf drei Studien veröffentlicht, die online heute durch die Natur , beschreiben diese Arbeit. Zwei Studien offenbaren die erste full-length-Struktur des flüchtigen STING protein an verschiedenen Moleküle in den Weg. STING ist ein wichtiges Mitglied der einen wichtigen Pfad in der angeborenen Immunität — der Körper die erste Verteidigungslinie gegen Infektionen. Die Dritte Studie gibt einen Einblick in die primitive Funktion der cGAS-STING Weg und unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses Ihrer protein-Struktur.
„Nachdem die Struktur des volle-Länge protein STING in der Nähe von atomarer Auflösung ist sehr wichtig für das Verständnis der angeborenen Immunität. Es ist auch wichtig für die Entwicklung von Medikamenten, die aktiviert STING für die Immuntherapie bei Krebs oder hemmen das protein für die Behandlung von Autoimmunerkrankungen, wie lupus und arthritis,“ sagte Dr. Chen, Direktor des Center for Inflammation Research, Professor der Molekularbiologie und ein Howard Hughes Medical Institute Investigator an der UT Southwestern.
Dr. Chen erhielt vor kurzem die $3 Millionen bis zum Jahr 2019 Breakthrough Prize in Life Sciences für die Entdeckung der cGAS-Enzym. Dass der DNA-sensor startet die körpereigene Immunabwehr gegen Infektionen und Krebs in einem Pfad, in dem die STACHEL-protein ist von zentraler Bedeutung. Das Enzym cGAS Patrouillen Zellinnere und löst eine Immunantwort, wenn es trifft auf fremde DNA. Es kann auch Autoimmunität auslösen, wenn es feststellt, selbst-DNA in Bereichen der Zelle, wo das genetische material nicht existieren sollte. cGAS produziert ein kleines Molekül namens cGAMP (cyclic-GMP-AMP), welches an STACHEL-und startet eine Immunreaktion.
„Die cGAS-cGAMP-STICH-Weg führt zu interferon-Produktion bei Säugetieren, die in Reaktion auf DNA-invasion,“ Dr. Chen sagte. Interferone — signalproteine — sagen-Zellen erhöhen Ihre Verteidigung gegen fremde Eindringlinge.
Eine der beiden strukturellen Studien berichtet, die erste Struktur von STING im Komplex mit TBK1 (Tank-Binding Kinase-1), das Molekül, aktiviert es und führt zur Produktion von spezifischen Interferone und andere signalstoffe. Die Experimente, die sowohl in der human-und Hühner-STING-Proteine, zeigen auch das Ende der STACHEL, der unsichtbar war in früheren Strukturen.
, Dass der Schwanz fehlt STACHEL aus Seeanemonen, die das Thema von Dr. Chens Dritten Papier. Seeanemonen sind Teil einer Gruppe der Wirbellosen Tiere (Kreaturen, die Mangels Rückgrat) gedacht, um existieren seit Hunderten von Millionen Jahren bevor die ersten Menschen getan. Die Studie findet, dass STECHEN in See-Anemonen können aktivieren eine Immunantwort durch autophagie. Oft als zelluläre housekeeping, autophagie räumt unerwünschte Moleküle-in diesem Fall Krankheitserreger — innerhalb der Zelle, die durch brechen Sie für das recycling. Die Menschen haben die c-GAS-STECHEN-um-die autophagie immun-Signalweg sowie die c-GAS-STING-an-interferon-Signalweg, die Seeanemonen, die fehlen.
Dieser Befund führte Dr. Chen zu vermuten, dass, wie bei einem Skorpion, der „STACHEL im Schwanz.“ Mehr ernst nehmen, er sagte, dass die Studie legt nahe, dass die autophagie ist eine uranfängliche (primitive) Weg für die Immunität, die früher entwickelt, als die interferon-signalweges in Menschen gefunden.
„STING ist mit Abstand die kleinste Membran-protein, das gelöst wurde, um in der Nähe von atomarer Auflösung mittels cryo-EM“, sagte Dr. Xiaochen Bai, ein co-entsprechenden Autor der beiden STACHEL-Struktur-Papiere. „Deshalb, diese Leistung stellt einen weiteren Meilenstein in der Geschichte der cryo-EM-strukturellen Bestimmung und zeigt an, dass die cryo-EM hat sich zu einem leistungsfähigen Werkzeug zur Untersuchung kleiner Membran-eingebetteten biologischen Makromolekülen.“ Dr. Bai ist Assistant Professor für Biophysik und Zellbiologie und einen Virginia Murchison Linthicum Gelehrter in der Medizinischen Forschung.
Die Dritte korrespondierende Autor, Dr. Xuewu Zhang, Associate Professor für Pharmakologie und Biophysik, wies darauf hin, einige Vorteile der Kryo-EM.
„Die langjährige bevorzugte Technologie für strukturelle Biologie — X-ray crystallography-erfordert Moleküle kristallisiert, um festzustellen, Ihre Strukturen. Membranproteine wurden notorisch schwierig zu kristallisieren,“ erklärt Dr. Zhang, Virginia Murchison Linthicum Gelehrter in der Medizinischen Forschung. „Selbst wenn Sie das tun, kristallisieren Sie sich oft beugen Sie ein X-ray beam sehr schwach, so dass es schwierig abzuleiten, high-resolution Strukturen aus den Beugungsdaten. Diese neuen Studien zeigen die speziellen Vorteile der cryo-EM in die Beseitigung der Notwendigkeit, zu wachsen Kristalle. Ein weiterer Vorteil der cryo-EM ist, dass es möglich ist zu erfassen, mehrere Konformationen — oder dynamische Strukturen-von einem Beispiel, das uns ermöglicht, zu generieren „Filme“ zu verstehen, wie sich Makromoleküle handeln“, sagte er.
