Gesundheit

Studium der Proteine bewegen (relativ) langsam: Die Entdeckung erlauben Aussicht auf Interaktionen, die nie zuvor gesehen

Proteine sind die Arbeitspferde unseres Körpers. Sie halten unsere Organe funktionieren. Sie regulieren unseren Zellen. Sie sind die Ziele für Medikamente, die Behandlung einer Reihe von Krankheiten, einschließlich Krebs und neurologische Erkrankungen. Proteine müssen sich bewegen, um zu funktionieren, aber die Wissenschaftler wissen noch sehr wenig über solche Anträge, die bei Geschwindigkeiten langsamer als eine Nanosekunde.

Der Grund für diese Lücke im wissen mag wie ein seltsames problem: Proteine manchmal zu langsam gehen für einige Schlüssel-Technologie, die Wissenschaftler verwenden, um Sie zu beobachten — so langsam, dass die Technologie nicht nur abholen Ihre Bewegungen. Diese Proteine bewegen sich noch sehr schnell-Nanosekunden bis Mikrosekunden. Bevor jedoch eine neue Studie, die Forscher konnten nur die Proteine schneller bewegen als eine Nanosekunde.

Die Forschung, veröffentlicht im letzten Monat in der Zeitschrift Science die Fortschritte , die von einem team von biophysikalischen Chemiker an Der Ohio State University geändert. Die Wissenschaftler fanden einen Weg, um das Maß der Möglichkeiten, die Proteine bewegen sich bei langsameren Geschwindigkeiten-Hunderte von Nanosekunden bis Mikrosekunden. Die Entdeckung, einen fundamentalen Durchbruch, könnte öffnen Sie eine neue Linie der Forschung für Wissenschaftler, die versuchen zu verstehen, wie Proteine Verhalten sich im Körper.

„Wir wissen sehr wenig darüber, welche Proteine auf Zeitskalen in den Mikrosekunden. Traditionelle Experimente bieten sehr wenig Informationen, da die Art, wie wir testen-Proteine verliert nun die Empfindlichkeit bei solch hohen Geschwindigkeiten-es ist ein Fenster, je nachdem, wie schnell ein protein bewegt, die wir nicht sehen können, was das protein macht und wie verhält es sich“, sagte Rafael Brüschweiler, Ohio Forschung Gelehrter und professor der Chemie und Biochemie an der Ohio State. „Hier war unser Ziel, bis zum öffnen dieses Fensters. Um mit einem Werkzeug, um zu Messen, wie Proteine funktionieren auf diesen Zeitskalen, die wir nicht in der Lage gewesen zu beobachten, vor.“

Brüschweiler arbeitet seit über Wege zu einer besseren Studie Proteine, die für Jahrzehnte, beginnend als er war ein student im Aufbaustudium in der Schweiz. Er und seine Forschungsgruppe an der Ohio State Fokus auf nuclear magnetic resonance (NMR) – ein tool, das hilft den Wissenschaftlern zu verstehen, wie Proteine Verhalten sich im Körper. Aber das tool — Breite Akzeptanz in der wissenschaftlichen Gemeinschaft als das definitive Werkzeug für die Untersuchung der Proteine-war bis zu dieser Entdeckung, die unfähig sind, grundlegende mess-protein Verhalten bei Geschwindigkeiten langsamer als eine Nanosekunde.

„Auf diesem langsameren Zeitskala, die Informationen über diese Proteine ist einfach Weg gewaschen — es ist da, aber unsere tools konnte es nicht sehen,“ Brüschweiler sagte. „Wir dachten, es war langsamer Bewegung vorhanden war, aber es war nicht zu beobachten.“

Für diese Entdeckung, Brüschweiler und sein team Hinzugefügt Nanopartikel — silica oder Glas-zu einer Lösung, die enthält Wasser und Proteine, und das gleiche tool, NMR — im wesentlichen magnetische Hülsen so groß wie zwei Stockwerke hoch — um zu sehen, wie die Proteine reagierten. Die Proteine gebunden, um die Kieselsäure, so dass Sie plötzlich sichtbar Wissenschaftler die Analyse Ihrer Bewegungen.

Es war, Brüschweiler sagte, ähnlich wie die Entwicklung eines neuen Mikroskops, die etwas sehen können Wissenschaftler nicht in der Lage war, zu sehen, bevor.

„Es ist ein bisschen wie, wenn Sie haben ein Teleskop, und Sie sehen auf das sichtbare Licht von den Sternen,“ er sagte. „Jetzt hast du ein Infrarot-Detektor, so können Sie sich für das Infrarot-Licht, das wir nicht mit dem bloßen Auge sehen. Es bietet ein ganz neues Fenster der Informationen.“

Diese zusätzlichen Informationen ist der Baustein der Wissenschaft, dass Wissenschaftler, die studieren, Proteine zu Fragen, tiefer, besser zu Fragen.

„Das hilft uns bei protein-und Fragen, wie verhält es sich? Was passiert, wenn eine Interaktion mit einem anderen protein oder ein Medikament?“ Brüschweiler sagte. „Das ist die Art von Informationen, die wir brauchen, um zu verstehen, die Funktion dieser Proteine. Jedes protein hat seine eigene Funktion im Körper, und mit diesem neuen tool, wir bekommen einen Einblick, was Sie tatsächlich tun, und beginnen, besser zu verstehen, warum.“

Die Fähigkeit zur Bewertung der protein-Verhalten bei diesen Geschwindigkeiten hatte flummoxed Brüschweiler seit Jahrzehnten. Er hatte versucht, eine Lösung zu finden, vor 25 Jahren. Die Studie war „streng und nett,“ sagte er, „aber letztendlich ein spektakulärer Fehlschlag.“ Er begann zu glauben, es könnte nicht möglich sein, zu studieren, Proteine bewegen bei Geschwindigkeiten langsamer als eine Nanosekunde, die mit unseren Werkzeugen.

Seinem Labor begonnen hatte, Experimenten, die Arbeit an Nanopartikeln in biofluids — Urin -, Zell-Extrakten, serum-und er begann zu Fragen, ob die Nanopartikel-die, obwohl sehr klein, größer sind als Proteine-könnte dazu beitragen, dass dynamische protein-Verhalten sichtbar zu Wissenschaftler. Und es hat funktioniert.

„Die Wissenschaft wirklich beschäftigt diese unvorhersehbaren Dinge, die niemand kommen sah“, sagte er. „Das ist, was es ist.“