معلومة

12.1.1: مقدمة للجزيئات البيولوجية - علم الأحياء

12.1.1: مقدمة للجزيئات البيولوجية - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يوفر الغذاء للجسم العناصر الغذائية التي يحتاجها للبقاء على قيد الحياة. هذه الجزيئات الكبيرة (البوليمرات) مبنية من مجموعات مختلفة من الجزيئات العضوية الأصغر (المونومرات). ما هي الأنواع المحددة من الجزيئات البيولوجية التي تتطلبها الكائنات الحية؟ كيف تتشكل هذه الجزيئات؟ ما هي الوظائف التي يخدمونها؟ في هذا الفصل ، سيتم استكشاف هذه الأسئلة.


12.1.1: مقدمة للجزيئات البيولوجية - علم الأحياء

Magnetosomes عبارة عن عضيات غشائية غنية بالبروتين تغلف المغنتيت أو الجريجيت والتي تتيح محاذاة السلسلة للبكتيريا المغناطيسية (MTB) الشعور بالمجال المغنطيسي الأرضي. نظرًا لأن هذه البكتيريا تصنع جزيئات مغناطيسية موحدة ، فإن آلية التمعدن الحيوي الخاصة بها تحظى باهتمام كبير بين الباحثين من مختلف المجالات ، من هندسة المواد إلى الطب. يعد كل من تكوين الجسيمات المغناطيسية وتخليق الجسيمات المغناطيسية من العمليات التي يتم التحكم فيها بشكل كبير ويمكن تقسيمها إلى عدة خطوات حاسمة: انقلاب الغشاء من غشاء الخلية الداخلية ، وفرز البروتين ، وترتيب العناصر المغناطيسية في سلاسل ، ونقل الحديد ، وتنظيم البيئة الكيميائية لتجويف المغنطيسي ، تنوي الجسيمات المغناطيسية ، وأخيراً التحكم في النمو والحجم والتشكل البلوري. يتضمن هذا النظام المعقد مجموعة من البروتينات الفريدة التي تشارك في مراحل مختلفة أثناء تكوين الجسيمات المغناطيسية ، والتي تمت دراسة بعضها على نطاق واسع في السنوات الأخيرة. هنا ، نقدم المعرفة الحالية حول التخليق الحيوي للمغناطيس مع التركيز على البروتينات المختلفة والمسارات الكيميائية الحيوية الرئيسية على طول هذه العملية.

ما الذي يمكن أن نتعلمه من بيانات النشاط الحيوي؟ أدوات وتطبيقات المعلوماتية الكيميائية في أبحاث البيولوجيا الكيميائية

تسمح بيانات النشاط الحيوي المتزايدة التي يتم إنتاجها في الوقت الحاضر باستخراج البيانات الشاملة وأساليب اكتشاف المعرفة التي تغير أبحاث البيولوجيا الكيميائية. وبالتالي ، توجد ثروة من أدوات المعلوماتية الكيميائية وخدمات الويب والتطبيقات التي تدعم التقييم الدقيق وتحليل البيانات التجريبية لاستخلاص النتائج التي يمكن أن تؤثر على التطوير الإضافي للتحقيقات الكيميائية والهياكل الرئيسية المحتملة. تركز هذه المراجعة على مناهج مفتوحة المصدر يمكن التعامل معها من قبل العلماء الذين ليسوا على دراية بالطرق الحسابية التي ليس لديهم معرفة متخصصة في المعلوماتية الكيميائية والنمذجة. هدفنا هو تقديم مجموعة أدوات يمكن التحكم فيها بسهولة لدعم العمل المخبري اليومي. وهذا يشمل ، من بين أمور أخرى ، النشاط الحيوي المتاح وقواعد بيانات الجزيئات ذات الصلة وكذلك أدوات للتعامل مع البيانات الداخلية وتحليلها.

حروف
تقدم في لقاحات المواد الأفيونية الموصوفة طبيًا: تقليل وفيات الجرعات الزائدة وتغيير غير عادي في نصف عمر الدواء
  • أتسوشي كيميشيما
  • كودي ج. وينثور ،
  • بن تشو ، و
  • كيم دي جاندا*

المواد الأفيونية الموصوفة (POs) مثل الأوكسيكودون والهيدروكودون هي أدوية فعالة للغاية للتحكم في الألم ، ولكنها أيضًا تشكل خطرًا كبيرًا على سوء الاستخدام والإدمان. يتصاعد استهلاك نقاط البيع في جميع أنحاء العالم ، مما يؤدي إلى عشرات الآلاف من الوفيات بسبب الجرعة الزائدة كل عام. تقدم استراتيجيات الحرائك الدوائية القائمة على التطعيم وسيلة جذابة لقمع إساءة استخدام PO. هنا ، تم وصف تحضير لقاحين فعالين من لقاح PO والتي تم العثور عليها لاستنباط أجسام مضادة عالية التقارب من خلال تصميم عقار متطابق هيكليًا. أدى إعطاء هذه اللقاحات إلى حصار كبير لنشاط المسكنات الأفيونية ، إلى جانب زيادة غير مسبوقة في نصف عمر مصل الدواء والحماية من الجرعات الزائدة المميتة.

تعيين مصدر الطحالب لثنائي ميثيل كبريتيد باستخدام مثبط انتقائي لايز
  • أوريا ألكولومبري ،
  • لي لي ،
  • ديانا ميلتزر
  • عساف فاردي و
  • دان س. توفيق*

ينتج ثنائي ميثيل كبريتيد الغلاف الجوي (DMS) على نطاق واسع في المحيطات عن طريق البكتيريا والطحالب والشعاب المرجانية. لتمكين تحديد مصادر DMS ، قمنا بتطوير مثبط قوي قائم على آلية لعائلة لياز ألما ثنائي ميثيل سلفونيوبروبيونات الطحلبية لا يثبط اللييز البكتيري المعروف. يشير تطبيقه على الهولوبيونت المرجاني إلى أن DMS ينشأ من Alma lyase (s). قد يكمل هذا التنميط الكيميائي الحيوي علم الجينوميات الفوقية وعلم النسخ لتوفير فهم أفضل لدورة الكبريت البحرية.

إضافة هيستون كيتواميد بواسطة 4-Oxo-2-nonenal هي تعديل قابل للانعكاس بعد الترجمة ينظمه Sirt2
  • يوين كوي ،
  • شين لي ،
  • جيانوي لين ،
  • كوان هاو* ، و
  • شيانغ ديفيد لي*

تقوم المركبات الكهربائية المشتقة من الدهون (LDEs) بتعديل البروتينات مباشرة لتعديل مسارات الإشارات الخلوية استجابة للإجهاد التأكسدي. تم العثور مؤخرًا على أحد هذه LDE ، 4-oxo-2-nonenal (4-ONE) ، لاستهداف الهستونات والتداخل مع تجميع الهيستون في النواة. على عكس LDEs الأخرى التي تقوم بتعديل السيستين بشكل تفضيلي عن طريق إضافة مايكل nucleophilic ، يتفاعل 4-ONE مع بقايا هيستون ليسين لتشكيل تعديل جديد للهيستون ، جاما-أكسونونويل (Kgon). ومع ذلك ، لا يزال من غير الواضح ما إذا كان Kgon يمكن أن يسبب ضررًا لا رجعة فيه أو يتم تنظيمه بواسطة إنزيمات "تمحو" هذا التعديل غير الأنزيمي. هنا ، نبلغ أن Sirt2 البشري يحفز إزالة هيستون Kgon. من بين السرتوينات البشرية المختبرة ، أظهر Sirt2 نشاطًا قويًا لنزع السيلاز تجاه ببتيدات هيستون الحاملة للـ Kgon في المختبر. نستخدم alkynyl-4-ONE كمراسل كيميائي لـ Kgon لإثبات أن Sirt2 مسؤول عن إزالة هيستون Kgon في الخلايا. علاوة على ذلك ، قمنا بتطوير مسبار كيميائي متفاعل مع الكيتون للكشف عن الهستونات المعدلة بواسطة 4-ONE الذاتية في الضامة استجابة للتحفيز الالتهابي. باستخدام هذا المسبار ، نعرض Sirt2 باعتباره ديسيلاز قادرًا على التحكم في هيستون Kgon في الضامة المحفزة. تكشف هذه الدراسة عن آلية جديدة لتنظيم التعديلات اللاحقة للترجمة البروتينية المشتقة من LDE ، بالإضافة إلى الدور الجديد الذي لعبه Sirt2 باعتباره هوستون Kgon deacylase في استجابات الإشارات الواقية للخلايا.

اعتماد كثافة الخلية على نشاط الببتيد في الدفاع المضيف والانتقائية في وجود الخلايا المضيفة
  • فيليبو سافيني
  • فينسينزو لوكا ،
  • أليسيو بوسيدي ،
  • ريناتو مسعود
  • حديقة يونكيونغ ،
  • ماريا لويزا مانجوني و
  • لورينزو ستيلا*

الببتيدات المضيفة للدفاع (HDPs) هي مركبات واعدة ضد الميكروبات المقاومة للأدوية المتعددة. في المختبر ، تختلف تركيزاتها المبيدة للجراثيم والسامة اختلافًا كبيرًا ، ولكن قد يكون هذا بسبب استخدام فحوصات منفصلة ، مع كثافة خلايا مختلفة. بالنسبة للتجارب مع نوع خلية واحدة ، يمكن التنبؤ بالاعتماد على كثافة الخلية للتركيز النشط لـ DNS-PMAP23 HDP بناءً على توازن قسم الماء / غشاء الخلية وإظهار حد أدنى عند تعداد الخلايا المنخفض. على أساس هذه البيانات ، في الوجود المتزامن لكل من البكتيريا وفائض من الخلايا البشرية ، لا يتوقع المرء أي سمية كبيرة ، ولكن أيضًا تثبيط نشاط مبيد الجراثيم بسبب عزل الببتيد بواسطة الخلايا المضيفة. ومع ذلك ، لم يحدث هذا التثبيط في المقايسات مع مجموعات الخلايا المختلطة ، مما يدل على أنه بالنسبة لـ HDP esculentin-1a (1–21) NH2 ، توجد مجموعة من تركيزات مبيد للجراثيم وغير سامة وتؤكد الانتقائية الفعالة لـ HDPs. قد تكون فحوصات الخلايا المختلطة ضرورية لتقييم انتقائية HDP بشكل فعال.

فحص واجهات الربط الخاصة بـ هيستون-أبتامير عن طريق قياس الطيف الكتلي المتقاطع للصور
  • Congcong لو ،
  • شانشان تيان
  • Guijin Zhai ،
  • Zuofei Yuan ،
  • ييجون لي ،
  • شيوين هو ،
  • يوكوي تشانغ و
  • كاي تشانغ*

تلعب بروتينات هيستون ، التي يمكن أن تتفاعل مع الحمض النووي ، أدوارًا مهمة في تنظيم هياكل الكروماتين ، والنسخ ، والعمليات البيولوجية الأخرى القائمة على الحمض النووي. هنا ، قمنا بتطوير مسبار جديد قائم على aptamer لتحليل واجهات هيستون H4-aptamer. يحتوي هذا المسبار على تسلسل الحمض النووي للتعرف بشكل خاص على هيستون H4 ، وعلامة البيوتين لإثراء التقارب ، ومجموعة أريل أزيد ضوئيًا للربط المتبادل ومجموعة ثاني كبريتيد قابلة للانقسام لفصل الأبتامر عن الهيستونات المسمى. لقد نجحنا في تحقيق تخصيب محدد للهيستون H4 وطورنا أيضًا استراتيجية تحليل جديدة لتفاعل هيستون-أبتامر عن طريق قياس الطيف الكتلي المتقاطع للصور. تم فحص منطقة ارتباط هيستون H4 بالأبتامر ومناقشتها لأول مرة. تُظهر هذه الاستراتيجية إمكانات كبيرة وقد تساهم بشكل أكبر في فهم أنماط تفاعل هيستون والحمض النووي.

مقالات
إنزيم الفوكوزيداز الجرثومي الفعال لإعادة تشكيل البروتين السكري
  • تسونغ-آي تساي ،
  • شيو تينغ لي ،
  • تشيو بينغ ليو ،
  • كارين واي تشين ،
  • Sachin S. Shivatare ،
  • تشين وي لين ،
  • شيه فين لياو ،
  • تشيه وي لين ،
  • تسوي لينغ هسو ،
  • ينج تا وو ،
  • مينغ هونغ تساي ،
  • منغ يو لاي ،
  • نان هورنج لين ،
  • تشونغ يي وو و
  • تشي هيوي وونغ*

يعد الفوكوز مكونًا مهمًا للعديد من الهياكل قليلة السكاريد وعديد السكاريد بالإضافة إلى البروتينات السكرية والجليكوليبيدات ، والتي ترتبط غالبًا بمجموعة متنوعة من العمليات الفسيولوجية التي تتراوح من الإخصاب والتكوين الجنيني ونقل الإشارات وتطور المرض ، مثل التهاب المفاصل الروماتويدي والالتهاب و سرطان. يشارك إنزيم α-l-fucosidase في انقسام الرابطة الفوكوزيدية في glycans و glycoconjugates ، وخاصة Fuc-α-1،2-Gal و Fuc-α-1،3 / 4-GlcNAc و Fuc-α- روابط 1.6-GlcNAc. هنا ، قمنا بالإبلاغ عن fucosidase عالي الكفاءة ، المعين باسم BfFucH الذي تم تحديده من مكتبة الجليكوزيدات البكتيرية المعبر عنها في E. coli من قاعدة بيانات CAZy ، والتي تكون قادرة على التحلل المائي للروابط fucosidic المذكورة أعلاه ، وخاصة ارتباط α-1،6 من بقايا Fuc-α-1،6-GlcNAc المرتبطة بـ N على البروتينات السكرية. يسمح استخدام BfFucH إلى جانب endoglycosidases و glycosynthases الناشئة بالهندسة السكرية للأجسام المضادة IgG لتوفير أشكال جليكوفورم متجانسة مع هياكل جليكان محددة جيدًا ووظائف فعالة فعالة.

تحليل خصوصية الركيزة القائمة على الهيكل لكبريتات الهيباران 6-ا- ناقلة الكبريت
  • Yongmei Xu ،
  • أندريا إف مون ،
  • شوقين شو ،
  • جونو م.
  • جيان ليو* ، و
  • لارس سي بيدرسن

كبريتات الهيبارين (HS) عبارة عن عديد السكاريد الكبريت الذي يظهر الوظائف الفسيولوجية الأساسية. ينقل HS 6-O-sulfotransferase (6-OST) مجموعة sulfo إلى موضع 6-OH لوحدات الجلوكوزامين لمنح مجموعة متنوعة من الأنشطة البيولوجية لـ HS. هناك ثلاثة أشكال مختلفة من 6-OST في الجينوم البشري. هنا ، نقوم بالإبلاغ عن الهياكل البلورية للمجمع الثلاثي لـ 6-OST مع نظير مانح السلفو 3′-phosphoadenosine 5′-phosphate وثلاثة ركائز قليلة السكاريد المختلفة بدقة 1.95 إلى 2.1 Å. تكشف التحليلات الهيكلية والطفرية عن بقايا الأحماض الأمينية التي تساهم في التحفيز والتعرف على الركيزة لـ 6-OST. بشكل غير متوقع ، تكشف الهياكل عن 6-OST تدخل HS في اتجاه مختلف تمامًا عن غيرها من ناقلات كبريتات HS وتلقي الضوء على متطلبات النظام المنسق الأساسية للخصوصية. تساهم هذه النتائج أيضًا في المعلومات الهيكلية لفهم الطفرات في الشكل الإسوي 6-OST البشري 1 المرتبط بالمرض الوراثي البشري مجهول السبب قصور الغدد التناسلية الغدد التناسلية الذي يتميز بعدم اكتمال أو نقص سن البلوغ.

مسار التنشيط للنيوكليوزيد التناظري المثبط للبوليميراز الفيروسي التنفسي المخلوي
  • بول سي جوردان ،
  • سارة ك. ستيفنز ،
  • يوين تام ،
  • رايان ب. بيمبرتون ،
  • شوفام شودري ،
  • أنتيسا دي ستويتشيفا ،
  • ناتاليا دياتكينا
  • جوانجي وانج ،
  • جوليان سيمونز ،
  • جيروم ديفال* ، و
  • ليو بيجلمان

الفيروس المخلوي التنفسي البشري (RSV) هو فيروس RNA ذو حس سلبي وسبب مهم للعدوى التنفسية عند الرضع وكبار السن. لا توجد لقاحات فعالة أو علاجات مضادة للفيروسات متاحة لعلاج RSV. ALS-8176 هو الأول من نوعه في فئته من مثبطات النوكليوزيد الأولية لتكرار RSV قيد التقييم السريري حاليًا. يخضع ALS-8112 ، الجزيء الأصلي لـ ALS-8176 ، للفسفرة داخل الخلايا ، مما ينتج عنه مستقلب 5′-ثلاثي الفوسفات النشط. كينازات المضيف المسؤولة عن هذا التحويل غير معروفة. لذلك ، يعد توضيح مسار تنشيط ALS-8112 مفتاحًا لفهم آلية التحويل بشكل أكبر ، لا سيما بالنظر إلى التأثيرات القوية المضادة للفيروسات. هنا ، حددنا مسار تنشيط ALS-8112 وأظهرنا أنه لا يشبه نظائر السيتدين الأخرى المضادة للفيروسات. الخطوة الأولى ، التي يقودها deoxycytidine kinase (dCK) ، ذات كفاءة عالية ، بينما تحد الخطوة الثانية من تكوين أنواع 5′-triphosphate النشطة. ALS-8112 هو نظير نيوكليوزيد معدّل بمقدار 2′ و 4′ ، مما يدفعنا إلى التحقيق في التعرف على dCK للنيوكليوسيدات الأخرى المعدلة 2′ و 4′. يساهم نهجنا البيوكيميائي جنبًا إلى جنب مع النمذجة الحسابية في تحسين ملف تعريف النشاط والبنية لـ dCK. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانية مثيرة لتحسين نظائر النيوكليوزيد بناءً على خطوة التنشيط الثانية وزيادة الاهتمام تجاه العقاقير الأولية للنيوكليوزيد وثلاثي الفوسفات في اكتشاف الأدوية.

أكمل وحدة التكرار رباعي السكاريد التخليق الحيوي للمعدلات المناعية باكتيرويديز الهشة عديد السكاريد المحفظي أ

عديد السكاريد الكبسولي A (CPSA) عبارة عن بوليمر مكون من أربع وحدات مكررة من السكر موجود على سطح الأمعاء المتكافلة Bacteroides fragilis التي لها إمكانات علاجية في النماذج الحيوانية لاضطرابات المناعة الذاتية. يُنسب الفضل في هذه الإمكانات العلاجية إلى طابعها zwitterionic المشتق من N-acetyl-4-aminogalactosamine (AADGal) سالب الشحنة 4،6-O-pyruvylated galactose (PyrGal). في هذا التقرير ، باستخدام مسبار كيميائي متعدد الأيزوبرينويد الفلوري ، يتم تحقيق التجميع الأنزيمي الكامل لوحدة تكرار رباعي السكاريد CPSA. تم التعبير عن البيروفيل ترانسفيراز المقترح ، WcfO galactopyranose mutase ، WcfM و ​​glycosyltransferases ، WcfP و WcfN ، المشفرة بواسطة مجموعة جينات التخليق الحيوي CPSA بشكل متغاير وتم تمييزها وظيفيًا. تم العثور على تعديل البيروفات ، المحفز بواسطة WcfO ، على الجالاكتوز من ثنائي السكاريد المرتبط بالبوليزوبرينويد (AADGal-Gal) ، ولم يحدث على الجالاكتوز المرتبط بـ uridine diphosphate (UDP) أو مجموعة من نظائر nitrophenyl-galactose. تم العثور أيضًا على تعديل البيروفات هذا لإدراج السكر التالي في المسار N-acetylgalactosamine (GalNAc) بواسطة glycosyltransferase WcfP. لم يتم استكشاف تعديل البيروفات أسيتال للجالاكتوز مسبقًا في سياق مسار التخليق الحيوي متعدد السكريات ، وهذا العمل يوضح أهمية هذا التعديل لتكرار تجميع الوحدة. عند إنتاج AADGal-PyrGal-GalNAc المرتبط بالبوليزوبرينويد ، تم العثور على البروتينات WcfM و ​​WcfN للعمل معًا لتشكيل رباعي السكاريد النهائي ، حيث شكل WcfM UDP-galactofuranose (Galf) و WcfN ينقل Galf إلى AADGal-PyrGal-Galna . يوضح هذا العمل أول تجميع إنزيمي لوحدة تكرار رباعي السكاريد لـ CPSA في تفاعل وعاء فردي متسلسل.

استهداف NF-κB p65 باستخدام جهاز Helenalin المستوحى من Bis-electrophile
  • جون سي ويدن ،
  • آرون م.
  • بيتر دبليو فيلالتا ، و
  • دانيال أ. هركي*

يعد مسار إشارات NF-B المتعارف عليه وسيطًا للاستجابة الالتهابية الخلوية وهدفًا لتطوير علاجات لأمراض بشرية متعددة. كانت البروتينات الأبعد في المسار ، مغاير عامل النسخ p50 / p65 ، معارضة تجاه تثبيط الجزيئات الصغيرة على الرغم من العدد الكبير من المركبات المعروف أنها تثبط البروتينات الأولية في مسار التنشيط. نظرًا لأدوار العديد من هذه البروتينات الأولية في مسارات كيميائية حيوية متعددة ، فإن استهداف مغاير p50 / p65 يوفر فرصة لتحسين الخصوصية المستهدفة. لتحقيق هذه الغاية ، يقدم البروتين p65 سيستين غير كبريتيد ، Cys38 و Cys120 ، في واجهة ربط الحمض النووي الخاصة به والتي يمكن استهدافها بواسطة الجزيئات التساهمية. تم سابقًا إثبات أن المنتج الطبيعي هيلينالين ، وهو سيسكيتيربين لاكتون ، يستهدف Cys38 على p65 ويقضي على قدرته على ربط الحمض النووي. باستخدام الهلينالين كمصدر إلهام ، تم تصميم نظائر الهلينالين المبسطة وتوليفها وتبين أنها تمنع إشارات NF-B المستحثة في ثقافة الخلية. علاوة على ذلك ، كان اثنان من مجسات هيلينالين المبسطة بارعين في تكوين مقاربات بروتين تساهمية ، وربطها بـ Cys38 على المؤتلف p65 ، واستهداف p65 في خلايا هيلا دون إشراك بروتينات إشارات NF-B الكنسية IκBα ، p50 ، و IKKα /. تدعم هذه الدراسات أيضًا أن استهداف واجهة عامل النسخ p65-DNA مع مثبطات الجزيء التساهمي الصغير هو نهج قابل للتطبيق لتنظيم إشارات NF-B الكنسي.

انعكاس انتقائية وحدة الموسع في إريثروميسين بولي كيتيد سينثيز بواسطة هندسة مجال Acyltransferase
  • إيرينا كورياكينا
  • كريستيان كيسي
  • جون ب. ماك آرثر ،
  • أندرو إن لويل ،
  • جوزيف أ. شيملر ،
  • شاشا لي ،
  • دوغلاس أ. هانسن ،
  • ديفيد هـ. شيرمان ، و
  • جافين جيه ويليامز*

تحدد مجالات Acyltransferase (AT) لمركبات polyketide synthases (PKSs) وحدات موسعة لإدراجها في polyketides وتملي أجزاء كبيرة من هياكل المنتجات الطبيعية ذات الصلة سريريًا. وفقًا لذلك ، هناك اهتمام كبير بهندسة خصوصية الركيزة لـ PKS ATs من أجل التلاعب الانتقائي في الموقع بهيكل polyketide. ومع ذلك ، فإن المحاولات السابقة لهندسة AT قد أسفرت عن PKSs متحولة ذات خصوصية وحدة موسعة مريحة ، بدلاً من انعكاس الانتقائية من ركيزة إلى أخرى. هنا ، من خلال الفحص المباشر لانتقائية وحدة الموسع للطفرات من مكتبات تشبع الموقع النشطة لـ AT من PKS النموذجي ، 6-deoxyerythronolide B synthase ، تم اكتشاف مجموعة من بدائل الأحماض الأمينية الفردية التي تؤثر بشكل كبير على انتقائية PKS مع تواضع فقط تخفيض غلة المنتج. قلب بديل معين (Tyr189Arg) انتقائية النوع البري PKS من ركيزته الطبيعية نحو وحدة موسعة غير طبيعية معدلة من الألكينيل مع الحفاظ على أكثر من ضعف نشاط PKS من النوع البري مع ركائزه الطبيعية. تشكل الإستراتيجية والطفرات الموصوفة هنا منصة للتخليق الحيوي التوافقي لنظائر البوليكيتيد المعدلة انتقائيًا في الموقع والتي تم تعديلها بوظائف كيميائية غير طبيعية وغير أصلية.

تعدين الجينوم للآلات التي يتوسط فيها البروتين من مجموعة Amino Group Carrier: الاكتشاف والتوصيف الحيوي لمنتج طبيعي باستخدام وحدة Hydrazone الفريدة
  • كينيتشي ماتسودا ،
  • فوميهيتو هاسيبي ،
  • يوه شيوا
  • يو كانيساكي ،
  • تاكيو توميتا
  • هيروفومي يوشيكاوا
  • كازو شين-يا
  • توموهيسا كوزوياما و
  • ماكوتو نيشياما*

لقد كشفنا مؤخرًا أن سلالة Streptomyces تمتلك الجين المشفر للبروتين الحامل للمجموعة الأمينية (AmCP). يشارك AmCP في التخليق الحيوي لحمض أميني غير بروتيني غير معروف سابقًا ، (2S ، 6R) -diamino- (5R ، 7)-dihydroxy-heptanoic acid (DADH) ، وهو مركب أساسي لتخليق الرواية المحتوية على ثنائي الببتيد منتج طبيعي vazabitide A. استخدمنا فحص تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) للتحقيق في تنوع آلية التخليق الحيوي التي تستخدم AmCP ، وكشفت النتائج أن الجينات المشفرة لـ AmCP موزعة على نطاق واسع بين الفطريات الشعاعية. التعبير غير المتجانس عن الكتلة الجينية المحتوية على AmCP من Streptomyces sp. أدى SoC090715LN-17 إلى اكتشاف s56-p1 ، وهو منتج طبيعي جديد. تم تحديد بنية s56-p1 من خلال التحليل الطيفي ، وكشفت النتائج أن s56-p1 يحتوي على جزيء مفترض مشتق من DADH باعتباره جوهرًا ، كما أنه يمتلك وحدة هيدرازون فريدة نادرًا ما يتم ملاحظتها في المنتجات الطبيعية. تمهد نتائجنا الطريق للتحقيقات في طرق التخليق الحيوي غير المستغلة بوساطة AmCP بين الفطريات الشعاعية وآلية التخليق الحيوي لوحدة الهيدرازون الفريدة.

فحص النمط الظاهري لتجديد القلب يحدد الجزيئات ذات النشاط التفاضلي في الخلايا البشرية المشتقة من الأبيكارديوم مقابل الأرومات الليفية القلبية
  • أماليا آي بونوفيتش ،
  • لورين درولي* ,
  • أنيلي نوردكفيست ،
  • إلك إريكسون ،
  • إليزابيث موشيه ،
  • آنا جونبرينغ
  • جونار جرونبيرج ،
  • ألكسندر ج.كفيست ،
  • Ola Engkvist ،
  • مارتن آر براون ،
  • كارين جدة
  • ماري جوزيه جومانز ،
  • تشينغ دونغ وانغ ، و
  • ألين ت.بلورايت

إن تنشيط الخلايا القلبية السلفية المقيمة وتكاثرها له إمكانات علاجية لإصلاح القلب بعد الإصابة. ومع ذلك ، تم إعاقة البحث بسبب الافتقار إلى مصادر خلوية محددة جيدًا ومميزة وصعوبات في الترجمة إلى منصات الفحص. هنا ، نصف تطوير ، والتحقق من صحة ، واستخدام مقايسة النمط الظاهري 384 بئر في الخلايا الأولية المشتقة من النخاب البشري (EPDCs) لتحديد المركبات التي تحفز الانتشار مع الحفاظ على النمط الظاهري السلف. باستخدام هذا الاختبار ، قمنا بفحص 7400 مركبًا متنوعًا هيكليًا حيث تم شرح أكثر من 90 ٪ بيولوجيًا ومعروف أنها تعدل مجموعة واسعة من الأهداف البيولوجية. من الشاشة الأساسية ، حددنا عدد الزيارات وتحققنا من صحتها وقمنا بتوسيع جزيئات الرصاص ذات الأهمية. تم تطوير شاشة مضادة في الخلايا الليفية القلبية البشرية لتصفية المركبات ذات التأثير التكاثري العام ، وبعد ذلك تم تأكيد نشاط الجزيئات المختارة عبر العديد من المتبرعين بـ EPDC. لمزيد من فحص آلية عمل المركبات ذات الأهداف المشروحة ، أجرينا تجارب ضربة قاضية لفهم ما إذا كان هدف واحد معروف مسؤولاً عن التأثير التكاثري ، وتأكيد النتائج مع تعبير البروتين وفحوصات النشاط. هنا ، تمكنا من إظهار أن الأهداف المشروحة للمركبات ذات الأهمية لم تكن مسؤولة عن التأثير التكاثري ، الذي يسلط الضوء على الاختلافات المحتملة في أنواع الخلايا ومسارات الإشارات وعلم الأدوية المتعدد المحتمل. توضح هذه الدراسات جدوى استخدام الخلايا الأولية البشرية ذات الصلة في شاشة النمط الظاهري لتحديد المركبات كأدوات بيولوجية جديدة ونقاط انطلاق لمشاريع اكتشاف الأدوية ، ونكشف عن أول جزيئات صغيرة لتكاثر EPDCs الأولية البشرية.

هيكل ووظيفة أوكسجيناز C-C Bond Cleaving Oxygenase في التركيب الحيوي للأنجوسيكلين اللانمطي
  • Guohui بان ،
  • شياوكين جاو
  • Keqiang Fan ،
  • جونلين ليو ،
  • بينغ منغ ،
  • جينمين جاو ،
  • بن وانغ ،
  • Chaobo Zhang ،
  • هوي هان ،
  • Guomin Ai ،
  • ييهوا تشين ،
  • دونغ وو* ,
  • زي جي ليو* ، و
  • كيكيان يانغ*

تمثل الأوكسجينازات الشق الحلقي C - C عائلة فريدة من الإنزيمات المشاركة في تفاعل انقسام الحلقة B التي لوحظت فقط في التخليق الحيوي للأنجوسيكلين غير النمطي. انقسام الحلقة B هو رد الفعل الرئيسي الذي يؤدي إلى تباعد كبير في الهياكل النهائية للأنجوسيكلينات غير النمطية. نقدم هنا التركيب البلوري لـ AlpJ ، أول هيكل لعائلة الإنزيمات. تم التحقق من أن AlpJ هو الإنزيم الذي يحفز انقسام رابطة C-C في التخليق الحيوي للكينامايسين. يشبه التركيب البلوري لمونومر AlpJ التركيب الخافت للبروتينات الشبيهة بالفيروكسين. النصفان N و C من AlpJ متماثلان ، وكلاهما يحتوي على جيب مفترض لربط الركيزة الكارهة للماء في المطابقات "المغلقة" و "المفتوحة" ، على التوالي. تشير المقارنة الهيكلية لـ AlpJ مع ActVA-Orf6 وتحليل إرساء البروتين-الترابط إلى أن المخلفات بما في ذلك Asn60 و Trp64 و Trp181 من المحتمل أن تكون متورطة في التعرف على الركيزة. دعمت نتائج الطفرات الموجهة بالموقع فرضيتنا ، حيث أدت طفرة هذه البقايا إلى فقدان كامل تقريبًا لنشاط AlpJ. كشف التحليل الهيكلي أيضًا أن AlpJ يمتلك واجهة مجال-مجال داخل الجزيئية ، حيث تشكل البقايا His50 و Tyr178 رابطة هيدروجينية ربما تعمل على استقرار البنية ثلاثية الأبعاد لـ AlpJ. أظهر الطفرات الموجهة بالموقع أن البقايا ، His50 و Tyr178 ، كانت حيوية لنشاط AlpJ. تسلط النتائج التي توصلنا إليها الضوء على البنية والآلية التحفيزية لعائلة AlpJ من الأوكسجين ، والتي من المفترض أن تتضمن موقعين نشطين قد يعملان بطريقة تعاونية.

رسم خرائط نمط الفسفرة لـ ذبابة الفاكهة سوداء البطن RNA Polymerase II مجال الكربوكسيل الطرفي باستخدام قياس الطيف الكتلي للتفكك الضوئي فوق البنفسجي
  • جوشوا إي مايفيلد ،
  • ميشيل ر. روبنسون ،
  • فيكتوريا سي كوثام ،
  • سيما إيراني ،
  • ويندي إل ماثيوز ،
  • أنجانا رام
  • ديفيد س. جيلمور ،
  • جو آر كانون ،
  • يان جيسي تشانغ* ، و
  • جينيفر س*

تلعب الفسفرة في المجال الطرفي C لـ RNA polymerase II (CTD) دورًا أساسيًا في النسخ حقيقية النواة عن طريق تجنيد العوامل التنظيمية النسخية للبوليميراز النشط. ومع ذلك ، فإن ندرة المخلفات الأساسية والطبيعة المتكررة لتسلسل CTD يفرضان تحديًا كبيرًا لتوصيف موقع محدد من الفسفرة ، مما يعيق فهمنا لهذه العملية البيولوجية الحاسمة. هنا ، نطبق طرق LC-UVPD-MS لتحليل التعديل اللاحق للترجمة على طول تسلسل CTDs الأصلي. يكشف تطبيق طريقتنا على Drosophila melanogaster CTD عن نمط الفسفرة لهذا الكائن الحي النموذجي لأول مرة. تتيح لنا الطبيعة المتباينة لـ CTD الذبابة اشتقاق القواعد التي تحدد كيفية تأثير المخلفات المرافقة على اختيار الفسفرة بواسطة كينازات CTD. تدعم بياناتنا استخدام LC-UVPD-MS لفك شفرة CTD وتحديد القواعد التي تبرمج وظيفتها.

Sudemycin K: متغير مثبط للربط المضاد للأورام الاصطناعية مع نشاط محسن وكيمياء متعددة الاستخدامات
  • كميل ماكوسكي
  • لويزا فيجيفاني ،
  • فرناندو ألبريسيو ،
  • خوان فالكارسيل* ، و
  • مرسيدس الفاريز*

توجد روابط مهمة بين عملية التضفير قبل mRNA والسرطان ، كما يتضح من الطفرة المتكررة لعوامل الربط في الأورام وظهور عائلات مختلفة من الأدوية المضادة للأورام التي تستهدف مكونات آلية الربط ، ولا سيما SF3B1 ، وهي وحدة بروتينية فرعية من spliceosomal U2 جزيء بروتين نووي صغير نووي (snRNP). Sudemycins هي مركبات اصطناعية تحتوي على حامل دوائي شائع لفئات مختلفة من مثبطات الربط. هنا ، نصف التوليف والتوصيف الوظيفي لنظائر سودمايسين الجديدة التي تحقق وظيفيًا المجموعات الكيميائية الرئيسية داخل هذا الصيدلاني. تؤكد نتائجنا على أهمية مجموعة ديين مترافقة وتكشف بالإضافة إلى ذلك عن مرونة مكانية كبيرة في هذه المنطقة من الجزيء. يُظهر Sudemycin K ، وهو مشتق يحل محل أوكسي كاربونيل الصيدلاني من قبل مجموعة أميد ، فاعلية محسّنة كمثبط لتكاثر الخلايا السرطانية ، وكمنظم للتضفير البديل في الخلايا المستنبتة وكمثبط لتجميع لصق في المختبر. يُظهر Sudemycin K ثباتًا أعلى ، من المحتمل أن يكون مرتبطًا باستبدال مجموعة oxycarbonyl ، والتي يمكن أن تكون ركيزة من الإسترات ، بواسطة مجموعة أميد. يمكن أن يمهد النشاط والتفاعل الخاص لـ sudemycin K الطريق لتركيب وتقييم مجموعة متنوعة من مشتقات Sudemycin الجديدة.

يؤدي الاستهداف المتزامن لـ NPC1 و VDAC1 بواسطة إتراكونازول إلى تثبيط تآزري لإشارات mTOR وتكوين الأوعية
  • سارة أ. هيد ،
  • وي كيو شي ،
  • إيون جو يانغ ،
  • بنجامين أ.
  • سام واي هونغ ،
  • كاليان ك.
  • Ruo-Jing Li ،
  • جونغ سوب شيم و
  • جون أو. ليو*

وُجد مؤخرًا أن العقار المضاد للفطريات إيتراكونازول يُظهر نشاطًا قويًا مضادًا لتكوُّن الأوعية ، ومنذ ذلك الحين أعيد استخدامه كعامل مضاد للسرطان. لقد ثبت أن الإيتراكونازول يمارس نشاطه المضاد لتولد الأوعية من خلال تثبيط مسار إشارات mTOR ، لكن الآلية الجزيئية للعمل لم تكن معروفة. حددنا مؤخرًا بروتين الميتوكوندريا VDAC1 كهدف لإيتراكونازول ووسيط لتنشيطه لـ AMPK ، وهو منظم المنبع لـ mTOR. ومع ذلك ، لم يستطع VDAC1 تفسير التثبيط المبلغ عنه سابقًا لتهريب الكوليسترول بواسطة إيتراكونازول ، والذي ثبت أيضًا أنه يؤدي إلى تثبيط mTOR. في هذه الدراسة ، أوضحنا أن تثبيط تهريب الكوليسترول بواسطة إيتراكونازول يرجع إلى التثبيط المباشر للبروتين الليزوزومي NPC1. قمنا كذلك بتعيين موقع ارتباط itraconazole بمجال استشعار ستيرول لـ NPC1 باستخدام الطفرات ، والمنافسة مع U18666A ، والالتحام الجزيئي. أخيرًا ، نوضح أن تنشيط AMPK المتزامن وتثبيط تهريب الكوليسترول يؤدي إلى تثبيط تآزري لـ mTOR وتكاثر الخلايا البطانية وتكوين الأوعية.

يؤدي اضطراب Mycobacterial AftB إلى فقد كامل للطرف β (1 → 2) بقايا Arabinofuranose من Lipoarabinomannan
  • مونيكا جانكوت
  • Luke J. Alderwick ،
  • ستيفان نواك
  • ناتاشا فيرابين ،
  • جيروم نيجو و
  • جورديال س.بصرى*

Lipoarabinomannan (LAM) و arabinogalactan (AG) هما النوعان الرئيسيان من عديد السكاريد الخلوي المتفطري (lipo) ، اللذان يحتويان على مجال أرابينان مشابه من الناحية الهيكلية والذي يتفرع بشكل كبير ويتم تجميعه بطريقة متدرجة من خلال مجموعة متنوعة من مركبات أرابينوفورانوزيل ترانسفيراز (عرفات). بالإضافة إلى لعب دور أساسي في فسيولوجيا الفطريات ، تمتلك LAM وسلائفها الكيميائية الحيوية lipomannan أنشطة تعديل مناعية قوية تؤثر على الاستجابة المناعية للمضيف. في البحث عن الجراثيم الفطرية الإضافية التي تشارك في تخليق الجزء العربي من LAM ، قمنا بتعطيل aftB (MSMEG_6400) في Mycobacterium smegmatis. لا يمكن أن يتحقق حذف موضع الكروموسومات الخلفي إلا في وجود بلازميد إنقاذ يحمل نسخة وظيفية من aftB ، مما يشير بقوة إلى أنه ضروري لاستمرار M. smegmatis. كشف العزل والتوصيف الهيكلي التفصيلي لجزيء LAM المشتق من النقص الشرطي للطفرة في AftB عن عدم وجود مخلفات arabinofuranosyl المرتبطة بالطرف β (1 → 2). علاوة على ذلك ، أظهرنا أن LAM المقطوع يعرض نشاطًا محفزًا للالتهاب ، ويرجع ذلك إلى قدرته على تنشيط المستقبل الشبيه بـ Toll 2. لام.

مراقبة النشاط الحيوي باستخدام تسلسل الجيل التالي والمقايسة المرتبطة بالإنزيم المرتبط بالحمض النووي
  • ماركوس دي رعد ،
  • سايروس مودافي
  • ديفيد جيه سوكوفيتش ، و
  • كريستوفر أندرسون*

في الوقت الحالي ، يفوق تحديد الجينات الجديدة بشكل كبير الطرق التجريبية الحالية لتحديد وظيفتها الأنزيمية. يستلزم هذا التباين تطوير تقنيات عالية الإنتاجية تعمل بنفس قابلية التوسع مثل تقنيات تصنيع الجينات الحديثة وتسلسلها. في هذه الورقة ، نوضح مدى تعدد استخدامات الفحص المرتبط بالإنزيم المرتبط بالحمض النووي (DLEnCA) الذي تم الإبلاغ عنه مؤخرًا وقدرته على دعم الحصول على البيانات عالية الإنتاجية من خلال تسلسل الجيل التالي (NGS). باستخدام methyltransferases ، نسلط الضوء على قدرة DLEnCA على تحديد خصوصية ركيزة الإنزيم بسرعة ، وتحديد حركية الإنزيم النسبية ، واكتشاف التكوين الحيوي للجزيء المستهدف ، وإمكانية الاستفادة من المقاييس والتوحيد القياسي الذي توفره NGS. تقلل هذه المنهجية المحسّنة من الجهد المبذول في اكتساب معرفة التخليق الحيوي عن طريق ربط التقنيات الكيميائية الحيوية بالقدرات سريعة التطور في تسلسل الحمض النووي وتركيبه.

تصوير الخلية الحية للـ mRNA الداخلي باستخدام مسبار "Turn-On" المستندة إلى RNA
  • وي تشيانغ أونغ ،
  • واي روز سيترون
  • ساياكا سيكين و
  • بو هوانغ*

يلعب Messenger RNA (mRNA) دورًا مهمًا في نمو الخلايا وتطورها. ومع ذلك ، كانت هناك طرق محدودة متاحة لتصور mRNA الذاتية في الخلايا الحية بسهولة. لقد صممنا مجسات "تشغيل" الفلورية المستندة إلى الحمض النووي الريبي والتي تستهدف الرنا المرسال عن طريق دمج شكل غير مستقر من السبانخ مع متواليات تكميلية الهدف. These probes have been demonstrated to be selective, stable, and capable of targeting various mRNAs for live E. coli imaging.

Catalytic Promiscuity of ا-GlcNAc Transferase Enables Unexpected Metabolic Engineering of Cytoplasmic Proteins with 2-Azido-2-deoxy-glucose
  • David L. Shen ,
  • Ta-Wei Liu ,
  • Wesley Zandberg ,
  • Tom Clark ,
  • Razieh Eskandari ,
  • Matthew G. Alteen ,
  • Hong Yee Tan ,
  • Yanping Zhu ,
  • Samy Cecioni , and
  • David Vocadlo*

O-GlcNAc transferase (OGT) catalyzes the installation of N-acetylglucosamine (GlcNAc) O-linked to nucleocytoplasmic proteins (O-GlcNAc) within multicellular eukaryotes. OGT shows surprising tolerance for structural changes in the sugar component of its nucleotide sugar donor substrate, uridine diphosphate N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc). Here, we find that OGT uses UDP-glucose to install O-linked glucose (O-Glc) onto proteins only 25-fold less efficiently than O-GlcNAc. Spurred by this observation, we show that OGT transfers 2-azido-2-deoxy-d-glucose (GlcAz) in vitro from UDP-GlcAz to proteins. Further, feeding cells with per-O-acetyl GlcAz (AcGlcAz), in combination with inhibition or inducible knockout of OGT, shows OGT-dependent modification of nuclear and cytoplasmic proteins with O-GlcAz as detected using microscopy, immunoblot, and proteomics. We find that O-GlcAz is reversible within cells, and an unidentified cellular enzyme exists to cleave O-Glc that can also process O-GlcAz. We anticipate that AcGlcAz will prove to be a useful tool to study the O-GlcNAc modification. We also speculate that, given the high concentration of UDP-Glc within certain mammalian tissues, O-Glc may exist within mammals and serve as a physiologically relevant modification.

A Chemical Biology Solution to Problems with Studying Biologically Important but Unstable 9-O-Acetyl Sialic Acids
  • Zahra Khedri ,
  • An Xiao ,
  • Hai Yu ,
  • Corinna Susanne Landig ,
  • Wanqing Li ,
  • Sandra Diaz ,
  • Brian R. Wasik ,
  • Colin R. Parrish ,
  • Lee-Ping Wang ,
  • Ajit Varki* ، و
  • Xi Chen*

9-O-Acetylation is a common natural modification on sialic acids (Sias) that terminate many vertebrate glycan chains. This ester group has striking effects on many biological phenomena, including microbe-host interactions, complement action, regulation of immune responses, sialidase action, cellular apoptosis, and tumor immunology. Despite such findings, 9-O-acetyl sialoglycoconjugates have remained largely understudied, primarily because of marked lability of the 9-O-acetyl group to even small pH variations and/or the action of mammalian or microbial esterases. Our current studies involving 9-O-acetylated sialoglycans on glycan microarrays revealed that even the most careful precautions cannot ensure complete stability of the 9-O-acetyl group. We now demonstrate a simple chemical biology solution to many of these problems by substituting the oxygen atom in the ester with a nitrogen atom, resulting in sialic acids with a chemically and biologically stable 9-N-acetyl group. We present an efficient one-pot multienzyme method to synthesize a sialoglycan containing 9-acetamido-9-deoxy-N-acetylneuraminic acid (Neu5Ac9NAc) and compare it to the one with naturally occurring 9-O-acetyl-N-acetylneuraminic acid (Neu5,9Ac2). Conformational resemblance of the two molecules was confirmed by computational molecular dynamics simulations. Microarray studies showed that the Neu5Ac9NAc-sialoglycan is a ligand for viruses naturally recognizing Neu5,9Ac2, with a similar affinity but with much improved stability in handling and study. Feeding of Neu5Ac9NAc or Neu5,9Ac2 to mammalian cells resulted in comparable incorporation and surface expression as well as binding to 9-O-acetyl-Sia-specific viruses. However, cells fed with Neu5Ac9NAc remained resistant to viral esterases and showed a slower turnover. This simple approach opens numerous research opportunities that have heretofore proved intractable.

Elucidating the Origin of Long Residence Time Binding for Inhibitors of the Metalloprotease Thermolysin
  • Jonathan Cramer ,
  • Stefan G. Krimmer ,
  • Veronica Fridh ,
  • Tobias Wulsdorf ,
  • Robert Karlsson ,
  • Andreas Heine , and
  • Gerhard Klebe*

Kinetic parameters of protein–ligand interactions are progressively acknowledged as valuable information for rational drug discovery. However, a targeted optimization of binding kinetics is not easy to achieve, and further systematic studies are necessary to increase the understanding about molecular mechanisms involved. We determined association and dissociation rate constants for 17 inhibitors of the metalloprotease thermolysin by surface plasmon resonance spectroscopy and correlated kinetic data with high-resolution crystal structures in complex with the protein. From the structure–kinetics relationship, we conclude that the strength of interaction with Asn112 correlates with the rate-limiting step of dissociation. This residue is located at the beginning of a β-strand motif that lines the binding cleft and is commonly believed to align a substrate for catalysis. A reduced mobility of the Asn112 side chain owing to an enhanced engagement in charge-assisted hydrogen bonds prevents the conformational adjustment associated with ligand release and transformation of the enzyme to its open state. This hypothesis is supported by kinetic data of ZFPLA, a known pseudopeptidic inhibitor of thermolysin, which blocks the conformational transition of Asn112. Interference with this retrograde induced-fit mechanism results in variation of the residence time of thermolysin inhibitors by a factor of 74 000. The high conservation of this structural motif within the M4 and M13 metalloprotease families underpins the importance of this feature and has significant implications for drug discovery.

High-throughput Identification of DNA-Encoded IgG Ligands that Distinguish Active and Latent السل الفطري Infections
  • Kimberly R. Mendes ,
  • Marie Lynne Malone ,
  • John Maina Ndungu ,
  • Irena Suponitsky-Kroyter ,
  • Valerie J. Cavett ,
  • Patrick J. McEnaney ,
  • Andrew B. MacConnell ,
  • Todd. M. Doran ,
  • Katharina Ronacher ,
  • Kim Stanley ,
  • Ofelia Utset ,
  • Gerhard Walzl ,
  • Brian M. Paegel* ، و
  • Thomas Kodadek*

The circulating antibody repertoire encodes a patient’s health status and pathogen exposure history, but identifying antibodies with diagnostic potential usually requires knowledge of the antigen(s). We previously circumvented this problem by screening libraries of bead-displayed small molecules against case and control serum samples to discover “epitope surrogates” (ligands of IgGs enriched in the case sample). Here, we describe an improved version of this technology that employs DNA-encoded libraries and high-throughput FACS-based screening to discover epitope surrogates that differentiate noninfectious/latent (LTB) patients from infectious/active TB (ATB) patients, which is imperative for proper treatment selection and antibiotic stewardship. Normal control/LTB (10 patients each, NCL) and ATB (10 patients) serum pools were screened against a library (5 × 106 beads, 448 000 unique compounds) using fluorescent antihuman IgG to label hit compound beads for FACS. Deep sequencing decoded all hit structures and each hit’s occurrence frequencies. ATB hits were pruned of NCL hits and prioritized for resynthesis based on occurrence and homology. Several structurally homologous families were identified and 16/21 resynthesized representative hits validated as selective ligands of ATB serum IgGs (p < 0.005). The native secreted TB protein Ag85B (though not the E. coli recombinant form) competed with one of the validated ligands for binding to antibodies, suggesting that it mimics a native Ag85B epitope. The use of DNA-encoded libraries and FACS-based screening in epitope surrogate discovery reveals thousands of potential hit structures. Distilling this list down to several consensus chemical structures yielded a diagnostic panel for ATB composed of thermally stable and economically produced small molecule ligands in place of protein antigens.

Transformation of the Non-Selective Aminocyclohexanol-Based Hsp90 Inhibitor into a Grp94-Seletive Scaffold
  • Sanket J. Mishra ,
  • Suman Ghosh ,
  • Andrew R. Stothert ,
  • Chad A. Dickey , and
  • Brian S. J. Blagg*

Glucose regulated protein 94 kDa, Grp94, is the endoplasmic reticulum (ER) localized isoform of heat shock protein 90 (Hsp90) that is responsible for the trafficking and maturation of toll-like receptors, immunoglobulins, and integrins. As a result, Grp94 has emerged as a therapeutic target to disrupt cellular communication, adhesion, and tumor proliferation, potentially with fewer side effects compared to pan-inhibitors of all Hsp90 isoforms. Although, the N-terminal ATP binding site is highly conserved among all four Hsp90 isoforms, recent cocrystal structures of Grp94 have revealed subtle differences between Grp94 and other Hsp90 isoforms that has been exploited for the development of Grp94-selective inhibitors. In the current study, a structure-based approach has been applied to a Grp94 nonselective compound, SNX 2112, which led to the development of 8j (ACO1), a Grp94-selective inhibitor that manifests ∼440 nM affinity and >200-fold selectivity against cytosolic Hsp90 isoforms.

LSD1 Substrate Binding and Gene Expression Are Affected by HDAC1-Mediated Deacetylation

Lysine Specific Demethylase 1 (LSD1) catalyzes the demethylation of histone 3 to regulate gene expression. With a fundamental role in gene regulation, LSD1 is involved in multiple cellular processes, including embryonic development, cell proliferation, and metastasis. Significantly, LSD1 is overexpressed in multiple cancers and has emerged as a potential anticancer drug target. LSD1 is typically found in association with another epigenetic enzyme, histone deacetylase (HDAC). HDAC and LSD1 inhibitor compounds have been tested as combination anticancer agents. However, the functional link between LSD1 and HDAC has yet to be understood in detail. Here, we used a substrate trapping strategy to identify cellular substrates of HDAC1. Using inactive HDAC1 mutants, we identified LSD1 as an HDAC1 substrate. HDAC1 mediated deacetylation of LSD1 at K374 in the substrate binding lobe, which affected the histone 3 binding and gene expression activity of LSD1. The mechanistic link between HDAC1 and LSD1 established here suggests that HDAC inhibitors influence LSD1 activity, which will ultimately guide drug design targeting epigenetic enzymes.

Lipidomics Characterization of Biosynthetic and Remodeling Pathways of Cardiolipins in Genetically and Nutritionally Manipulated Yeast Cells
  • Yulia Y. Tyurina* ,
  • Wenjia Lou ,
  • Feng Qu ,
  • Vladimir A Tyurin ,
  • Dariush Mohammadyani ,
  • Jenney Liu ,
  • Maik Hüttemann ,
  • Michael A. Frasso ,
  • Peter Wipf ,
  • Hülya Bayir* ,
  • Miriam. L. Greenberg* ، و
  • Valerian E. Kagan*

Cardioipins (CLs) are unique tetra-acylated phospholipids of mitochondria and define the bioenergetics and regulatory functions of these organelles. An unresolved paradox is the high uniformity of CL molecular species (tetra-linoleoyl-CL) in the heart, liver, and skeletal muscles—in contrast to their high diversification in the brain. Here, we combined liquid chromatography–mass-spectrometry-based phospholipidomics with genetic and nutritional manipulations to explore CLs’ biosynthetic vs postsynthetic remodeling processes in S. cerevisiae yeast cells. By applying the differential phospholipidomics analysis, we evaluated the contribution of Cld1 (CL-specific phospholipase A) and Taz1 (acyl-transferase) as the major regulatory mechanisms of the remodeling process. We further established that nutritional “pressure” by high levels of free fatty acids triggered a massive synthesis of homoacylated molecular species in all classes of phospholipids, resulting in the preponderance of the respective homoacylated CLs. We found that changes in molecular speciation of CLs induced by exogenous C18-fatty acids (C18:1 and C18:2) in wild-type (wt) cells did not occur in any of the remodeling mutant cells, including cld1Δ, taz1Δ, and cld1Δtaz1Δ. Interestingly, molecular speciation of CLs in wt and double mutant cells cld1Δtaz1Δ was markedly different. Given that the bioenergetics functions are preserved in the double mutant, this suggests that the accumulated MLCL—rather than the changed CL speciation—are the likely major contributors to the mitochondrial dysfunction in taz1Δ mutant cells (also characteristic of Barth syndrome). Biochemical studies of Cld1 specificity and computer modeling confirmed the hydrolytic selectivity of the enzyme toward C16-CL substrates and the preservation of C18:1-containing CL species.

Internal Structure and Preferential Protein Binding of Colloidal Aggregates
  • Da Duan ,
  • Hayarpi Torosyan ,
  • Daniel Elnatan ,
  • Christopher K. McLaughlin ,
  • Jennifer Logie ,
  • Molly S. Shoichet ,
  • David A. Agard* ، و
  • Brian K. Shoichet*

Colloidal aggregates of small molecules are the most common artifact in early drug discovery, sequestering and inhibiting target proteins without specificity. Understanding their structure and mechanism has been crucial to developing tools to control for, and occasionally even exploit, these particles. Unfortunately, their polydispersity and transient stability have prevented exploration of certain elementary properties, such as how they pack. Dye-stabilized colloidal aggregates exhibit enhanced homogeneity and stability when compared to conventional colloidal aggregates, enabling investigation of some of these properties. By small-angle X-ray scattering and multiangle light scattering, pair distance distribution functions suggest that the dye-stabilized colloids are filled, not hollow, spheres. Stability of the coformulated colloids enabled investigation of their preference for binding DNA, peptides, or folded proteins, and their ability to purify one from the other. The coformulated colloids showed little ability to bind DNA. Correspondingly, the colloids preferentially sequestered protein from even a 1600-fold excess of peptides that are themselves the result of a digest of the same protein. This may reflect the avidity advantage that a protein has in a surface-to-surface interaction with the colloids. For the first time, colloids could be shown to have preferences of up to 90-fold for particular proteins over others. Loaded onto the colloids, bound enzyme could be spun down, resuspended, and released back into buffer, regaining most of its activity. Implications of these observations for colloid mechanisms and utility will be considered.

Engineering Cyclohexanone Monooxygenase for the Production of Methyl Propanoate

A previous study showed that cyclohexanone monooxygenase from Acinetobacter calcoaceticus (AcCHMO) catalyzes the Baeyer–Villiger oxidation of 2-butanone, yielding ethyl acetate and methyl propanoate as products. Methyl propanoate is of industrial interest as a precursor of acrylic plastic. Here, various residues near the substrate and NADP+ binding sites in AcCHMO were subjected to saturation mutagenesis to enhance both the activity on 2-butanone and the regioselectivity toward methyl propanoate. The resulting libraries were screened using whole cell biotransformations, and headspace gas chromatography–mass spectrometry was used to identify improved AcCHMO variants. This revealed that the I491A AcCHMO mutant exhibits a significant improvement over the wild type enzyme in the desired regioselectivity using 2-butanone as a substrate (40% vs 26% methyl propanoate, respectively). Another interesting mutant is the T56S AcCHMO mutant, which exhibits a higher conversion yield (92%) and kcat (0.5 s–1) than wild type AcCHMO (52% and 0.3 s–1, respectively). Interestingly, the uncoupling rate for the T56S AcCHMO mutant is also significantly lower than that for the wild type enzyme. The T56S/I491A double mutant combined the beneficial effects of both mutations leading to higher conversion and improved regioselectivity. This study shows that even for a relatively small aliphatic substrate (2-butanone), catalytic efficiency and regioselectivity can be tuned by structure-inspired enzyme engineering.

SIRT7 Is an RNA-Activated Protein Lysine Deacylase
  • Zhen Tong ,
  • Miao Wang ,
  • Yi Wang ,
  • David D. Kim ,
  • Jennifer K. Grenier ,
  • Ji Cao ,
  • Sushabhan Sadhukhan ,
  • Quan Hao , and
  • Hening Lin*

Mammalian SIRT7 is a member of the sirtuin family that regulates multiple biological processes including genome stability, metabolic pathways, stress responses, and tumorigenesis. SIRT7 has been shown to be important for ribosome biogenesis and transcriptional regulation. SIRT7 knockout mice exhibit complications associated with fatty liver and increased aging in hematopoietic stem cells. However, the molecular basis for its biological function remains unclear, in part due to the lack of efficient enzymatic activity in vitro. Previously, we have demonstrated that double-stranded DNA could activate SIRT7’s deacetylase activity in vitro, allowing it to deacetylate H3K18 in the context of chromatin. Here, we show that RNA can increase the catalytic efficiency of SIRT7 even better and that SIRT7 can remove long chain fatty acyl groups more efficiently than removing acetyl groups. Truncation and mutagenesis studies revealed residues at both the amino and carboxyl termini of SIRT7 that are involved in RNA-binding and important for activity. RNA immunoprecipitation-sequencing (RIP-seq) identified ribosomal RNA (rRNA) as the predominant RNA binding partner of SIRT7. The associated RNA was able to effectively activate the deacetylase and defatty-acylase activities of SIRT7. Knockdown of SIRT7 increased the lysine fatty acylation of several nuclear proteins based on metabolic labeling with an alkyne-tagged fatty acid analog, supporting that the defatty-acylase activity of SIRT7 is physiologically relevant. These findings provide important insights into the biological functions of SIRT7, as well as an improved platform to develop SIRT7 modulators.


شروط البيولوجيا ذات الصلة

  • Polymer – A linked group of monomers. If particularly large, these groups repeat in series.
  • أحادي المعدن – The simplest unit of a polymer.
  • Prepolymer – A molecular unit reduced to the degree that it can be manipulated before polymerization.

1. Macromolecules are called polymers because …
أ. … they are made of many components.
ب. … they practice polyamory.
ج. … they attach to polyurethane.
د. … they are made of many vitamins.

2. DNA is considered a macromolecule because it is made of many _________, called _________.
أ. Misnomers, high tides
ب. Monomers, nucleotides
ج. Monomers, nuclei
د. Polymers, nucleotides

3. How is a prepolymer different from a monomer?
أ. Prepolymers and monomers are the same.
ب. Prepolymers contain more genetic information than monomers when inserted into the cell.
ج. Prepolymers are more complex than a monomer, but less solidly-constructed than a true polymer.
د. Prepolymers are less complex than a monomer and can dramatically change the chemical nature of a polymer.


Structures, biological activities, and industrial applications of the polysaccharides from Hericium erinaceus (Lion's Mane) mushroom: A review

Hericium erinaceus (Bull.) Pers., also known as Yamabushitake, Houtou and Lion's Mane, is capable of fortifying the spleen and nourishing the stomach, tranquilizing the mind, and fighting cancer. Over the past decade, it has been demonstrated that H. erinaceus polysaccharides possess various promising bioactivities, including antitumor and immunomodulation, anti-gastric ulcer, neuroprotection and neuroregeneration, anti-oxidation and hepatoprotection, anti-hyperlipidemia, anti-hyperglycemia, anti-fatigue and anti-aging. The purpose of the present review is to provide systematically reorganized information on extraction and purification, structure characteristics, biological activities, and industrial applications of H. erinaceus polysaccharides to support their therapeutic potentials and sanitarian functions.

الكلمات الدالة: Hericium erinaceus Industrial applications Polysaccharides.


The Structure, Function and Related Diseases of Mitochondria

The structure of mitochondria is very different from other subcellular organelles in the cell. The basic structure of mitochondria can be divided into four functional areas: 1) outer mitochondrial membrane (OMM), 2) mitochondrial membrane space (IMS), 3) inner mitochondrial membrane (IMM), and 4) mitochondrial matrix (MM) (Mannella, 2000). The OMM has a smooth surface morphology and functions as the cell organelle boundary membrane. The specific receptors on the OMM are termed mitochondrial outer membrane complex which selectively recognize and uptake certain substances into the mitochondria. The IMM folds inward to form mitochondrial cristae which results in larger surface area, therefore it is able to carry more biochemical reactions per time unit (Figure 1A). These two membranes define the borders of the extramitochondrial region, inter-membrane space and matrix (Osellame et al., 2012). In addition, the morphology and position of mitochondria in the cell are very important and are strictly regulated by the processes of mitosis, biogenesis and autophagy to ensure the relative stability of the mitochondrial population.

FIGURE 1. (أ) Mitochondrial structure, which can be divided by four functional areas: 1) outer mitochondrial membrane (OMM), 2) mitochondrial membrane space (IMS), 3) inner mitochondrial membrane (IMM), and 4) mitochondrial matrix (MM). Mitochondria also possess their own gene information (mtDNA). Image reproduced with permission, from Ref. Samanta et al. (2019). (ب) Common mitochondrial diseases. 1B was created with BioRender.com.

Upon mitochondrial damage, events such as the changes of morphology, membrane potential and permeability to Ca 2+ , reduction of membrane phosphate esters, and oxidative phosphorylation coupling, affect the normal function of the entire cell and lead to the occurrence of diseases. For example, mitochondrial myopathy, cerebral myopathy, Leber's hereditary optic neuropathy etc. are caused by pathological changes after mitochondrial damage (Claudia et al., 2019 Fogle et al., 2019 Winkler et al., 2019).

In addition, a damaged mitochondrial structure and mitochondrial metabolic abnormalities also play important roles in the occurrence and development of many diseases (Viscomi and Zeviani, 2020), (Figure 1B). For example, as a common neurodegenerative disorder, the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD) has been strongly linked with mitochondrial dysfunction (Chen et al., 2020). Studies proved that mitochondrial respiratory defects may result in chronic ROS production that leads to the death of dopaminergic neurons. Moreover, disruption of mitochondrial kinetics due to toxic damage or other conditions may also lead to neurodegeneration. In some cases, mitochondrial dysfunction caused by gene mutation is the fundamental cause for the pathogenesis and inheritance of PD (Dauer and Przedborski, 2003 Thomas and Beal, 2007 Bose and Beal, 2016). Therefore, diseases where the progression can be correlated with or compensated for mitochondrial function are collectively referred as mitochondrial diseases. At present, in addition to neurodegenerative disorders (Baldassarro et al., 2019), there are numerous diseases related to abnormal mitochondrial structure and function, including mental diseases (Ashwini et al., 2015), tumor (Schubert et al., 2020), aging (Bornstein et al., 2020), cardiovascular disease (Veloso et al., 2019), diabetes (Szendroedi et al., 2012), etc. Therapeutics which target mitochondria also result in positive responses in some cases (Jeena et al., 2019). Although these diseases appear in different tissue sites and show different symptoms, mitochondrial dysfunction is the common feature, mainly manifested as insufficient production capacity due to impaired oxidative phosphorylation, increased ROS, and abnormal apoptosis signals (Lesnefsky and Hoppel, 2006).

In recent years, research on rectifying the structure and function of mitochondria has been carried out rapidly. For example, fixing mitochondrial DNA mutations through genome editing technology was reported to have a certain curative effect on angiocardiopathy (Gammage et al., 2018). In addition, diagnostic and therapeutic agents targeting mitochondria, such as a substance called Gboxin, an inhibitor of oxidative phosphorylation, can produce specific inhibition of diabetes or glioma (Shi et al., 2019). Although great efforts have been put into the treatment of mitochondria-related diseases (Slone and Huang, 2020), in most cases, the structure and function of mitochondria have been irreversibly damaged which result in limited therapeutic effects. Alternatively, a newly emerged approach, mitochondrial replacement therapy (MRT), which supplements the cells with healthy mitochondria is a promising approach to fundamentally treat mitochondria-related diseases (Schumacker et al., 2014) (Mccully et al., 2016). In addition, combination therapies such as phototherapy and small molecule anticancer drugs have been developed as alternatives to synergistic treatment (Xie et al., 2020).


الملخص

New polylactide (PLA)/layered silicate nanocomposites have been prepared successfully by simple melt extrusion of PLA and organically modified montmorillonite. ال د spacings of both the organically modified montmorillonite and intercalated nanocomposites were investigated by wide-angle X-ray diffraction (WAXD) analysis, and the morphology of these nanocomposites was examined by transmission electron microscopy (TEM). Using oligo(ε-caprolactone) (o-PCL) as a compatibilizer, the effect of compatibilizer in nanocomposites was investigated by focusing on two major aspects: morphological analysis and mechanical property measurements. The intercalated nanocomposites exhibited remarkable improvement of materials properties in both solid and melt states as compared to that of PLA matrices without clay.

Toyota Technological Institute.

Corresponding author: tel +81-52-809-1861 fax +81-52-809-1864 e-mail [email protected]


شاهد الفيديو: الفصل الأول-بيولوجيا (قد 2022).