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蛋白质“变色龙”颜色长期记忆

赖斯,UTHealth的研究增加了有关记忆机制的细节

神经元中的变色龙一样的蛋白质可以改变它的想法,并在这个过程中改变我们的大脑。

莱斯大学和得克萨斯大学休斯顿健康科学中心的科学家们在CPEB3蛋白质中发现了新的线索,这是他们不懈研究人类拥有长期记忆机制的一部分。

莱斯大学的研究人员模拟了肌动蛋白和相关蛋白质的结合结构,他们认为这与长期记忆的形成有关。在这里,发夹形式的拉链序列是一个潜在的核心,为形成分子内的beta片。在上述预测的F-actin和3个PRD+ABD构形中,3个PDB+ABD构形以彩虹的颜色表示,从蓝色到红色,从n端到C端。肌动蛋白单体前4个负残基的表面为红色,拉链序列的两个正端表面为蓝色。(资料来源:莱斯大学理论生物物理中心)

水稻的研究理论生物物理学家彼得Wolynes和尼尔Waxham UTHealth麦戈文医学院神经生物学家之间提供了洞察一个积极的反馈回路形成的肌动蛋白骨干树突棘的形状和灵活性在CPEB3 actin-binding域,功能性朊病毒RNA结合也形式长期存在的总量可能确实储存的回忆的东西。

在莱斯的理论生物物理中心(CTBP), Wolynes和他的团队建立的蛋白质折叠模型,以及在UTHealth的实验,发现了CPEB3之前未知的结构细节以及它是如何与肌动蛋白结合的,这在《美国科学院院刊》的论文中有报道。

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在这个过程中,他们还检查了一种名为SUMO的蛋白质所扮演的关键角色,这种蛋白质是一种调节剂,可以与细胞中的其他蛋白质结合并分离,从而修改它们的功能。研究人员怀疑它有助于调节CPEB3的变色龙末端(n -末端和c -末端)何时以及如何与相扑或树突突中灵活的丝状肌动蛋白(f-actin)刺结合。

当CPEB3蛋白附着在相扑上时是可溶的,这也隐藏了它们的肌动蛋白结合位点。但在突触活动期间,它们可以“去氧基化”,并可以沿着f-肌动蛋白丝与疏水结合袋结合。

模型显示,当CPEB3被肌动蛋白吸引时,它会从一盘绕的螺旋转变为一种片状结构,这种结构会“拉”成发夹状,使它能够与其他CPEB3蛋白聚合。

在聚集时,CPEB3似乎翻译了它的目标信使rna,其中包括加强突触连接对记忆至关重要的肌动蛋白mRNA,完成了正环。

Peter Wolynes, left, and Nicholas Schafer. (Credit: Jeff Fitlow/Rice University)

Peter Wolynes(左)和Nicholas Schafer。Jeff Fitlow拍摄

Wolynes说:“这是一个比肌动蛋白- cam激酶研究更有野心的项目,在那个研究中,我们还用一个非常大的蛋白质模拟了一个非常大的肌动蛋白系统。”在一年前发表的这项研究中,CTBP的研究人员模拟了一个中心蛋白(CaMKII)是如何将平行的肌动蛋白丝固定在一起的,Waxham的实验室可以通过电子显微镜观察到这种状态。

现在研究人员正在确定CPEB3可以结合肌动蛋白或相扑的结构细节,但不能同时结合。他说:“这篇论文的主要目的之一就是调和故事中两个完全不同的部分。”“我们认为CPEB末端像变色龙一样,因为它们让分子选择是与相扑还是肌动蛋白相互作用。

“我们还没有到故事的结尾,”Wolynes说。“但是最新的研究结果让我们有理由对这一机制进行更多的讨论。”

莱斯大学研究生谷新宇是本文的第一作者。这篇论文的共同作者是赖斯大学校友、谢弗科学学院的Nicholas Schafer和Mingchen Chen、赖斯大学访问学者王倩和德克萨斯大学卫生医学院的学生Sarah Song。Wolynes是Rice的D.R. bulard – welch基金会科学教授、化学教授、生物化学和细胞生物学教授、物理学和天文学教授、材料科学和纳米工程教授,也是CTBP的联合主任。Waxham是William M. Wheless III, UTHealth生物医学教授,神经生物学和解剖学教授,德克萨斯大学安德森癌症中心UTHealth生物医学研究生院的成员。

美国国家科学基金会通过对CTBP的支持和RAISE拨款,资助了这项研究。

在Rice进行的退火模拟表明,F-actin吸引拉链序列的2端以促进beta发夹形式的形成。肌动蛋白上4个负电荷残基的表面用红色表示。拉链序列两端的正电荷残基表面用蓝色表示。(资料来源:莱斯大学理论生物物理中心)

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.rice.edu/2020/08/24/protein-chameleon-colors-long-term-memory-2/