应用笔记 - 磁共振

NMR技术在IDP研究中的应用

本质无序蛋白质(IDP)是目前广泛使用的术语,指不折叠成稳定的、明确定义的3D结构的多种多样的蛋白质。

本质无序蛋白质(IDP)是目前广泛使用的术语,指不折叠成稳定的、明确定义的3D结构的多种多样的蛋白质。

与折叠蛋白不同,IDP具有高度无序、局部迁移和高动态性的特征。与具有明确定义的3D结构的蛋白质相比,这些独特的特性赋予它们完全不同的功能优势。

直到大约15年前,IDP并未被给予太多的考虑,并且,X射线和NMR等用来确定3D结构已有50余年的工具,更多被集中用于折叠蛋白质。

那些正在关注IDP的人当中,化学副教授Isabella Felli(CERM)就是其中之一,她利用NMR波谱研究蛋白质。她和同事Roberta Pierattelli在最近几年里一直在CERM关注这一问题,这也得益于IDPbyNMR项目(www.idpbynmr.eu/video)。

Felli和Pierattelli一直在与Bruker密切合作,以改进NMR技术,并且在不到十年的时间内,设法将其碳检测实验的灵敏度提高了14倍。这意味着,基于碳检测的NMR实验现在可以作为常规工具来研究蛋白质,在需要一种工具来配合质子检测实验时,这通常是非常有益的。

“我们现在已经建立了一套完整的NMR实验,它们要么基于碳检测,要么基于质子检测。Felli解释说,“比如说,现在我们可以聚焦由400个氨基酸组成的蛋白质。”

应用这些NMR实验,Felli和Pierattelli在无序蛋白质片段研究领域与Peter Tompa展开合作。在研究复杂分子机制时,他们经常发现有几个模块处于折叠状态,而多肽链的其它部分则处于本质无序状态。

例如,他们与Xavier Salvatella合作研究的一个本质无序小片段,是一个重要转录因子——雄激素受体的N-末端片段。这种受体的功能异常与神经退行性疾病的发展有关,在这种情况下,脊髓和延髓肌会发生萎缩。

Felli说,“这些疾病被称为polyQ(多聚谷氨酰胺)疾病,因为我们正在研究的第一个片段,当病症发展时,会出现连续的20、25、30到35个谷氨酰胺的特征。”

最初,研究人员想知道NMR是否能够表征蛋白质的这一部分,因为这一序列高度重复,这可能导致在NMR中产生大量的交叉峰重叠。

然而,“这又是一个NMR可以发挥真正巨大洞察力的领域,因为……得益于最近开发的方法,人们可以克服由这些高度重复序列的高度重叠所产生的局限性,”Felli解释道。

未来,Felli期待看到在更高领域使用碳检测实验可以达到的效果。当CERM获得其1.2GHz波谱仪时,她希望将能开始表征复杂程度达到1000个氨基酸的IDP。

Felli说,通过与Bruker的未来协作,她想看看他们是否能“在未来10年内,再跨跃一个10倍因子,当然,那将是非常令人惊叹的。”