Protein folding

Structural analysis of protein folding by the long-chain archaeal chaperone FKBP-26

        FKBP เป็นโปรตีนในกลุ่มของ chaperone โปรตีน มีหน้าที่ในการ refolding โปรตีนที่เสียสภาพ และยับยั้งการตกตะกอนของโปรตีนในหลอดทดลองได้ FKBP พบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิตทั้ง โปรคาริโอต และยูคาริโอต มีสองชนิด คือ short type (FKBP17-18 kDa) และ long type (FKBP26-30 kDa) เมื่อศึกษาโปรตีน FKBP ในแบคทีเรียกลุ่ม archaeal พบกิจกรรมที่น่าสนใจกล่าวคือ มีการแสดงออกของโปรตีน FKBP-26 สูงมากเมื่อเทียบกับ FKBP-18 ในภาวะที่เลี้ยงในอุณหภูมิสูงกว่า 90 C และมีการยังยั้งการตกตะกอนของโปรตีน lysozyme ในภาวะที่มี DTT จากความน่าสนใจดังกล่าวเมื่อพิจารณาไปที่โครงสร้างของโปรตีนพบว่า FKBP-26 มีส่วนประกอบของโดเมน สามส่วนคือ Insert in flap (IF) domain, FKBP binding domain และ C-terminal domain (CTD) ในขณะที่ FKBP-18 พบแค่สองโดเมนคือ Insert in flap (IF) domain และ FKBP ซึ่งมีการศึกษามาก่อนหน้านี้พบว่าทั้ง IF domain และ FKBP ทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับการ refolding ในขณะที่ CTD ยังไม่มีการศึกษา ดังนั้นงานวิจัยชิ้นนี้จึงสนใจศึกษาโครงสร้างของโปรตีน FKBP-26 ทั้งสามโดเมนว่ามีผลต่อ refolding activity และมีการทำงานสัมพันธ์กันอย่างไร โดยการศึกษาผลึกของโปรตีน FKBP-26 ด้วยเทคนิค X-ray crystallography

        การทดลองเริ่มจากการออกแบบ ลักษณะของโปรตีนที่ mutant ของทั้งสามโดเมนดังภาพ โดย FKBP 231 ประกอบด้วยส่วนของ IF, FKBP และ CTD, FKBP 231-DIF ตัดส่วนของ IF ออก, FKBP 150 ตัดส่วน CTD ออก และ FKBP 150-DIF ตัดส่วนของ IF และ CTD ออก ดังภาพที่ 1 จากนั้นทำการโคลยีนและแสดงออกโปรตีน FKBP-26 ทั้ง 4 แบบใน E.coli จากนั้นนำไปทดสอบ การยับยั้งการตกตะกอนของ lysozyme ในหลอดทดลอง ผลการทดลองพบว่า FKBP-26 ที่ขาดทั้ง IF และ CTD โดเมน พร้อมกันจะไม่มี refolding activity ในขณะที่การขาดเพียงเพียง IF หรือ CTD เพียงอย่างเดียวจะยังคงมี refolding activity ซึ่งสาสารถสรุปได้ว่าการทำงานของ FKBP-26 อาศัยส่วนของ FKBP เป็นหลักร่วมกับ ส่วนของ IF หรือ CTD อย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น จากข้อสรุปดังกล่าวจึงเกิดคำถามต่อมาว่า โดเมนทั้งสามเกี่ยวข้องกันอย่างไรในการเกิดเป็นโครงสร้างสามมิติของโปรตีน FKBP-26 ดังกล่าว

        การทดลองถัดมาเป็นการศึกษาโครงสร้างสามมิติของโปรตีน FKBP-26 ที่มีทั้งสามโดเมนพบว่าโปรตีนFKBP-26 มีลักษณะเป็น homodimer โดยมีส่วนประกอบหลักดังภาพที่ 2 และ 3โดยส่วนของ FKBP จะมีส่วนของ PPI site ทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับ peptidyl-prolyl cis/trans isomerases (PPIases) activity ส่วน IF ทำหน้าที่ในการยึด substrate ไว้กับโปรตีน และส่วนของ CTD ทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับการเกิด interaction กันระหว่างสอง monomer ของโปรตีน เพื่อให้เกิดการทำงานของโปรตีนได้อย่างถูกต้อง

       ข้อมูลจากการงานวิจัยชิ้นนี้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการเกิดโครงสร้างสามมิติที่ถูกต้องของโปรตีน โดยมี FKBP-26 เป็นโมเดลในการศึกษา โดยแสดงให้เห็นความสำคัญของโดเมนแต่ละตำแหน่งที่มีความสำคัญต่อการ folding เป็นโปรตีน และโครงสร้างดังกล่าวจะส่งผลไปยังหน้าที่ของโปรตีนนั้นๆด้วย หากมีการขาดหายไปของโดเมนใดๆ ก็จะส่งผลกระทบโดยตรงต่อการทำงานของโปรตีน ดังแสดงให้เห็นจากการไม่พบ refolding activity ใน FKBP 150-DIF ที่ไม่มี IF และ CTDโดเมน หรือหากมีไม่ครบทั้งสามโดเมนถึงจะพบการทำงานแต่ก็พบในอัตราที่ต่ำ ข้อมูลเหล่านี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับการศึกษาในโปรตีนชนิดอื่นๆได้ เช่นการ folding ที่ผิดปกติของโปรตีนจนทำให้เกิดโรคต่างๆ เป็นต้น

 

 

 

 

บทความนี้เรียบเรียงโดย นายวีระยุทธ โยตะสิงห์ kcc_wera@hotmail.com