Protein yang dibangkitkan mengungkapkan struktur enzim penting

Protein yang dibangkitkan mengungkapkan struktur enzim penting
Ilustrasi ini menunjukkan pohon filogenetik enzim FMO. Enzim leluhur terbukti cukup stabil untuk dipelajari dan mengungkapkan bagaimana FMO memetabolisme zat beracun. Ini memungkinkan untuk merekonstruksi efek mutasi yang menyebabkan penyakit pada gen FMO, seperti mutasi yang menyebabkan sindrom bau ikan. Kredit: Laboratorium Fraaije, Universitas Groningen

Untuk melucuti zat beracun, banyak organisme termasuk manusia memiliki enzim yang disebut flavin-mengandung monooxygenases (FMOs). Meskipun penting, struktur enzim belum terselesaikan, karena protein terlalu tidak stabil untuk dipelajari secara terperinci. Insinyur enzim dari University of Groningen, Marco Fraaije dan koleganya dari Italia dan Argentina merekonstruksi sekuens genetik leluhur untuk tiga gen FMO dan kemudian mempelajari enzim tersebut. Enzim leluhur terbukti cukup stabil untuk dipelajari dan mengungkapkan bagaimana FMO memetabolisme zat beracun. Hasilnya diterbitkan pada 23 Desember di Nature Structural & Molecular Biology .

FMO ada pada hewan, tumbuhan dan bakteri. Manusia memiliki lima FMO yang terlibat dalam metabolisme zat beracun dan aktivasi obat, sedangkan mutasi pada gen FMO dapat menyebabkan penyakit. “Enzim ini dipelajari secara rinci oleh perusahaan farmasi , tetapi kami masih belum memiliki struktur terperinci yang tersedia,” kata Fraaije. FMO manusia adalah protein yang terikat membran, yang terbukti tidak mungkin mengkristal untuk analisis struktur standar dengan difraksi sinar-X. “Grup saya menerbitkan struktur FMO bakteri, sekitar lima belas tahun yang lalu, tetapi ini bukan protein yang terikat membran.”

Pohon filogenetik

Beberapa perkembangan mendorong Fraaije dan rekan-rekan kerjanya untuk mencoba lagi di struktur: “Selama beberapa tahun terakhir, urutan gen untuk sejumlah besar FMO yang berbeda diterbitkan. Ini memungkinkan Anda untuk membangun pohon filogenetik , tetapi juga untuk merekonstruksi urutan gen leluhur untuk FMO. ” Urutan gen ini digunakan untuk membuat DNA buatan, yang kemudian diterjemahkan menjadi protein dalam sistem bakteri. “Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa protein nenek moyang seperti itu pada umumnya lebih stabil daripada yang modern,” kata Fraaije.

Rekan-rekan dari Universidad Nacional de San Luis di Argentina merekonstruksi sekuens DNA, kelompok University of Groningen memproduksi dan mengkarakterisasi protein, sementara para ilmuwan di University of Pavia di Italia menentukan struktur. Tim internasional berhasil menganalisis bentuk leluhur dari tiga dari lima FMO manusia.

Protein yang dibangkitkan mengungkapkan struktur enzim penting
Ilustrasi ini menunjukkan pohon filogenetik enzim FMO. Enzim leluhur terbukti cukup stabil untuk dipelajari dan mengungkapkan bagaimana FMO memetabolisme zat beracun. Ini memungkinkan untuk merekonstruksi efek mutasi yang menyebabkan penyakit pada gen FMO, seperti mutasi yang menyebabkan sindrom bau ikan. Kredit: Laboratorium Fraaije, Universitas Groningen

Terowongan

“Hasilnya menarik,” kata Fraaije. “Bagian enzim yang terikat membran membentuk semacam terowongan di mana zat – zat dapat diangkut ke lokasi aktif.” Banyak senyawa beracun adalah zat lemak yang akan terakumulasi dalam membran sel lemak. “Enzim FMO dapat mengambilnya dari membran dan mengoksidasi mereka.” Ini membuat racun lebih hidrofilik, yang membuatnya lebih mudah bagi sel untuk mengeluarkannya. Sementara lokasi aktifnya sama di ketiga FMO, mereka memiliki terowongan yang sedikit berbeda, mungkin cocok untuk kelas senyawa toksik yang berbeda. “Kami tahu bahwa berbagai FMO memetabolisme zat yang berbeda dan sekarang kami dapat menjelaskan mengapa demikian.”

Pendekatan menggunakan gen leluhur yang direkonstruksi telah membuahkan hasil. “Urutan asam amino protein leluhur dan protein kontemporer adalah 90 persen identik, sementara fungsinya benar-benar identik,” kata Fraaije. Para ilmuwan dan perusahaan farmasi sekarang akhirnya dapat melihat bagaimana FMO bekerja. “Ini bisa membantu dalam desain obat yang diaktifkan oleh enzim-enzim ini. Dan pengamatan bahwa protein leluhur lebih stabil juga menarik. Memahami mengapa hal ini dapat membantu kita untuk merancang enzim yang lebih stabil untuk penggunaan industri.”

Sindrom bau ikan

Akhirnya, sekarang mungkin untuk merekonstruksi efek mutasi penyebab penyakit pada gen FMO. Salah satu mutasi tersebut menyebabkan sindrom bau ikan, di mana mutasi pada FMO3 mengakibatkan ketidakmampuan untuk memetabolisme zat trimethylamine. Zat ini, yang memiliki bau ikan yang kuat, akibatnya menumpuk di tubuh dan dilepaskan dalam keringat, urin dan napas, di antara hal-hal lainnya. Fraaije: “Ini adalah proyek berisiko tinggi, karena kami tidak tahu apakah protein leluhur akan cukup stabil. Tetapi itu telah membuahkan hasil.”

oleh University of Groningen

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *