Tarian molekuler dari sintesis fosfolipid

PRINSIP DASAR TRANSKRIPSI (Juni 2019).

Anonim

Molekul yang paling melimpah dalam membran sel adalah lipid phosphatidylcholine (PC, umumnya dikenal sebagai lesitin); oleh karena itu, enzim yang bertanggung jawab untuk mensintesisnya sangat penting. Penelitian yang diterbitkan dalam edisi 4 Mei Journal of Biological Chemistry menggunakan simulasi komputer untuk mendapatkan wawasan tentang bagaimana salah satu enzim ini mengaktifkan dan menutup produksi PC. Hasil ini dapat membantu peneliti memahami mengapa perubahan kecil dalam enzim ini dapat menyebabkan kondisi seperti kebutaan dan dwarfisme.

Rosemary Cornell, seorang profesor biologi molekuler dan biokimia di Simon Fraser University di Kanada, mempelajari enzim CTP: phosphocholine cytidylyltransferase, atau CCT. CCT menetapkan laju produksi PC dalam sel dengan mengikat membran sel dengan konten PC rendah. Ketika terikat pada membran, enzim CCT berubah bentuk dengan cara yang memungkinkannya untuk melaksanakan langkah pembatas laju kunci dalam sintesis PC. Ketika jumlah PC yang membentuk membran meningkat, CCT jatuh dari membran, dan produksi PC berhenti.

"Membran adalah array makromolekul besar dengan banyak molekul berbeda di dalamnya, " kata Cornell. "Bagaimana enzim ini mengenali bahwa 'Oh, saya harus memperlambat karena kandungan PC dari membran semakin tinggi?'"

Cornell dan tim proyeknya - sebuah kolaborasi dengan Peter Tieleman dan mahasiswa pascasarjana, Mohsen Ramezanpour di Universitas Calgary dan Jaeyong Lee dan Svetla Taneva, rekan-rekan peneliti di SFU - berpikir bahwa jawabannya harus berkaitan dengan perubahan dinamis dalam bentuk bahwa enzim mengalami ketika berikatan dengan membran. Tetapi perubahan ini sulit untuk ditangkap dengan metode biologi struktural tradisional seperti kristalografi sinar-x, yang mengambil snapshot statis dari molekul. Sebaliknya, tim menggunakan simulasi komputasi dinamika molekuler, yang menggunakan informasi tentang kekuatan antara setiap atom individu dalam sebuah molekul untuk menghitung lintasan bagian-bagian yang bergerak dari enzim.

"Seperti apa (ketika Anda memvisualisasikan hasilnya) adalah molekul besar Anda menari di depan mata Anda, " kata Cornell. "Kami menyiapkan simulasi dinamika molekul tidak hanya sekali, tidak dua kali, tetapi 40 berbeda (waktu). Butuh berbulan-bulan dan bulan hanya untuk melakukan bagian komputasi dan bahkan lebih bulan mencoba menganalisis data sesudahnya. Kami benar-benar menghabiskan banyak waktu. setelah kami mendapatkan data hanya melihat di layar pada molekul-molekul menari ini. "

Tarian simulasi dari molekul CCT menunjukkan bahwa ketika domain-M, bagian dari enzim yang secara khusus mengikat pada membran, terlepas dari membran, ia merintangi situs aktif enzim, mencegahnya melakukan reaksinya. Ketika segmen tersangkut telah dihapus dari simulasi, tim melihat gerakan membungkuk yang dramatis di situs docking untuk elemen tersangkut, dan berspekulasi bahwa lentur ini akan membuat situs aktif enzim yang lebih baik untuk mengkatalisasi reaksi ketika menempel pada membran. Tim mengkonfirmasikan mekanisme ini menggunakan eksperimen laboratorium biokimia.

Menariknya, penelitian genetik sebelumnya telah menunjukkan bahwa mutasi pada gen yang mengkodekan CCT bertanggung jawab untuk kondisi langka seperti displasia spondylometaphyseal dengan distrofi cone-rod, yang menyebabkan gangguan berat pada pertumbuhan dan penglihatan tulang, tetapi tidak diketahui bagaimana perubahan dalam enzim ini dapat menyebabkan konsekuensi dramatis seperti itu. Cornell berharap bahwa memahami bagaimana enzim bekerja dapat membantu para peneliti mengetahuinya.

"Jika Anda hanya memiliki satu perubahan kecil dalam CCT, lalu bagaimana itu akan membuat seluruh proses sintesis PC ini menjadi rusak?" Tanya Cornell. "Itu yang kami pelajari sekarang."

menu
menu