科学家通过研究铁氧还蛋白揭示了结核细菌的缺陷

称为铁氧还蛋白的小蛋白质在主要代谢途径中起着关键作用，即细胞内发生的一系列化学反应。

来自Skoltech，MIPT，白俄罗斯国家科学院生物有机化学研究所(IBOCHNAS)和RAS生物医学化学研究所的一组研究人员研究了结核杆菌铁氧还蛋白的结构及其与伴侣蛋白的复合物。该团队的研究结果将有助于找到新的抗结核药物的目标。这项研究发表在《分子生物科学前沿》(FrontiersinMolecularBiosciences)上。

铁氧还蛋白含有铁硫簇，是地球上最古老的蛋白质之一。它们负责二氧化碳还原、呼吸和其他与电子转移相关的细胞过程。不同的氨基酸组成和铁硫簇结构解释了铁氧还蛋白的广泛多样性，铁氧还蛋白在人体细胞和其他生物体中执行各种功能。

尽管科学家们已经发现并描述了许多铁氧还蛋白的基因，但它们的蛋白质伙伴-它们相互作用的分子-以及许多铁氧还蛋白的相互作用机制仍然模糊不清。

观察基因组中编码有五种铁氧还蛋白的结核分枝杆菌，研究人员注意到两种3Fe-4S-铁氧还蛋白位于P450细胞色素的基因旁边，P<>细胞色素参与重要的细胞内反应，并成为新的抗结核药物的潜在靶标。这种基因接近可能表明铁氧还蛋白和细胞色素之间存在功能关系。事实上，为了正常工作，细胞色素确实需要蛋白质伙伴铁氧还蛋白传递的电子。

IBOCHNAS的研究科学家AndreyGilep评论说：“我们研究了两种结核性铁氧还蛋白Fdx和FdxE的特性，以及FdxE如何与CYP143结合。

研究人员使用晶体学获得了Fdx的结构，CYP143及其复合物FdxE-CYP143。在分析了铁氧还蛋白的结构后，他们确定了参与结合蛋白质伴侣的元素并计算了电子转移路径。

发现FdxE和CYP143基因在结核分枝杆菌基因组中非常接近(在同一操纵子中)，这表明它们协同发挥作用。为了证实这一假设，研究人员使用表面等离子体共振方法分析了它们的特定相互作用。结果揭示了这些蛋白质的高亲和力，证实了这一假设。

对热力学参数的进一步研究表明，静电相互作用和氢键主导着伴侣之间的相互作用。

SkoltechBio的助理教授NatalyaStrushkevich解释说：“意识到我们正在处理分枝杆菌铁氧还蛋白-细胞色素对，我们决定获得复合物的晶体结构。高分辨率结构显示了蛋白质如何相互作用。我们发现了许多氢键和静电接触，证实了蛋白质复合物形成的热力学。为了评估与铁氧还蛋白结合对细胞色素的影响程度，我们还单独获得了细胞色素结构，并确定了受相互作用影响的蛋白质元素。

蛋白质需要在研究原子结构之前结晶。由于结晶可能会强烈影响分子，研究人员必须在蛋白质功能更典型的条件下确认他们基于晶体的结论。

该团队进行了实验，以使用小角X射线散射方法检查FdxE和CYP143如何在蛋白质以近天然状态存在的溶液中结合，这有助于捕获分子之间的相互作用。因此，研究人员以FdxE和CYP450为例，展示了铁氧还蛋白和P143细胞色素如何相互作用。

MIPT衰老和年龄相关疾病分子机制研究中心副主任ValentinBorshchevsky总结说：“我们的研究结果揭示了电子转移过程中这些复合物内蛋白质相互作用的基本结构方面。然而，这些系统还有待更详细的描述。