Они показывают, впервые, что механизм миграции стержня, который ведут только динамические движения дальнего действия, может быть ключом для эволюции зеленого-к-красному фотоконвертируемого фенотипа в зеленом флуоресцентном белке (GFP).Ребекка Вахтер, преподаватель в Отделе ASU Химии и Биохимии и Колледжа Гуманитарных наук и Наук, является экспертом в области структурной характеристики подобных GFP белков. Данное исследование – кульминация восьми лет интенсивного усилия в ее лаборатории.
Работа, просто изданная в высоком журнале Structure воздействия, включает сотрудничество со С. Бэну Озкэном от Центра Биологической Физики в Отделе Физики в ASU и эволюционного биолога Михаила Маца из Техасского университета.Зеленый флуоресцентный белок был сначала изолирован от медузы Aequorea victoria, которая дрейфует с током от западного побережья Северной Америки. Это было обнаружено, что этот белок пылал ярко-зеленым под ультрафиолетовым светом. Это явление нашло много творческого применения в биологических науках.
Белок был использован как чрезвычайно ценный яркий генетический признак для различных биологических явлений. Используя зеленый флуоресцентный белок можно наблюдать, когда белки сделаны и куда они идут. Это сделано, соединив ген GFP с геном белка интереса так, чтобы, когда белок сделан, у этого был GFP, висящий от него. Так как GFP флюоресцирует, можно пролить свет в клетке и ждать отличительной зеленой флюоресценции, связанной с GFP, чтобы появиться.
Способность некоторого GFPs покраснеть на длительное освещение делает их неоценимыми исследованиями в супер приложениях микроскопии флюоресценции резолюции. Это – то, где текущее исследование имеет большую часть стоимости.
Чтобы флюоресцировать, подобные GFP белки должны принять компактную подобную баррелю форму. Вызванный светом красный фенотип, возможно, явился результатом общего зеленого предка аннулированием устойчивых и мягких регионов, расположенных в противоположных углах сгиба бета барреля.Хотя шесть кристаллических структур восстановленных наследственных белков Kaede-типа указывают, что структура высоко сохранена, анализ гибкости цепи Молекулярной Динамикой и просмотром ответа волнения, выполненным в группе С. Бэну Озкэна, показал, что отдельная гибкость каждого положения (т.е. структурная динамика) изменяется в течение эволюции зеленого-к-красному фото преобразования. Таким образом это исследование предполагает, что зеленое-к-красному фотопреобразование, возможно, явилось результатом общего зеленого предка изменением твердого угла около хромофора к противоположному углу бета барреля.
«Впервые, эта работа устанавливает прямую экспериментальную связь между белком фенотипичное изменение и коллективной динамикой без любого внешнего спускового механизма, такого как основание, продукт или закрепление исполнительного элемента», объясняет Уочтер. «На основе структурных, вычислительных и кинетических данных мы предлагаем новый фотоконверсионный механизм, который обеспечивает вероятный путь для необратимого приобретения красной флюоресценции».Несмотря на интенсивные усилия во многих лабораториях во всем мире, механизм фотопреобразования белков Kaede-типа остался в основном загадочным.
Данная работа проливает свет на структурные, динамические и механистические особенности, которые нужно рассмотреть, когда разработка улучшила флуоресцентные исследования для приложений микроскопии суперрезолюции.