En glad cell är en balanserad cell, men för varje fantastiskt vridet protein det skapar, det måste riva de gamla sönder. Det innebär att reda ut en krystad kringlaliknande massa för återvinning. Cdc48 spelar en avgörande roll för att reda ut de förbrukade proteinerna.

"Cdc48 är cellens schweiziska armékniv och kan interagera med så många olika substrat, sa Peter Shen, Ph.D., biträdande professor i biokemi vid University of Utah Health och senior författare på tidningen. "Fram till nu hade vi ingen förståelse för exakt hur det fungerar."

Shen ledde ett multiinstitutionellt team av forskare för att identifiera nyckelstrukturer för Cdc48 för att visualisera dess vågformningar när det utvecklar proteiner. Resultaten finns tillgängliga online i numret 27 juni av Vetenskap .

"Vi bestämde oss för att göra det här eftersom vi bryr oss om hur molekylära maskiner fungerar, ", sa Shen. "Vi bestämde oss för att skärpa in på Cdc48 på grund av klinisk relevans."

I åratal, Forskare har känt till att en enpunktsmutation i Cdc48 kan övergå till allvarliga sjukdomar, inklusive amyotrofisk lateralskleros (ALS) och Charcot-Marie-Tooths sjukdom typ 2Y.

"Human Cdc48 är kopplad till flera sjukdomar och är målet för ansträngningar att utveckla terapier för behandling av cancer, sa Christopher Hill, DPhil., framstående professor i biokemi vid U of U Health och medförfattare till studien. "Den struktur som vi har bestämt kan användas för att främja ansträngningar för att utveckla effektivare hämmare och terapier."

I studien, forskargruppen renade Cdc48 direkt från jästceller (Saccharomyces cerevisiae) och tog ögonblicksbilder av de renade partiklarna i olika konfigurationer efter att den snabbfrysts med hjälp av kryogen elektronmikroskopi (cryo-EM).

"Cellerna gör redan det hårda arbetet för oss genom att göra dessa komplex, " sa Shen. "Eftersom den här metoden är så snabb, vi har fångat Cdc48 när vi vecklar ut ett proteinsubstrat. "

Med denna metod, forskargruppen visade hur Cdc48 vecklar ut proteinet genom att trä det genom en central por i komplexet, med hjälp av en hand-över-hand-transportörliknande rörelse. Den återvunna härvan de avbildade var ett mysterium tills medarbetare vid Brigham Young University tillämpade masspektrometriproteomik på samma skördade komplex för att avslöja det anonyma proteinan-inaktiva proteinfosfatas 1-komplexet.

Shen tror att dessa resultat är tillämpliga på mänskliga celler, eftersom Cdc48 är mycket konserverat.

"Vi tror att strukturen vi löste här kommer att se mycket ut som vad våra kroppar uttrycker just nu, " han sa.

Forskargruppen kunde inte visualisera hela komplexet eftersom Cdc48 interagerar med flera bindningspartners nästan samtidigt. Denna effektiva multitasking suddar rekonstruktionen; dock, Shen vill fortsätta utforska hur Cdc48 lyckas binda med så många partners ungefär samtidigt.

"Den coolaste delen är att detta [arbete] visar att vi kan ta ett protein direkt ur värdceller och avbilda dem i deras ursprungliga tillstånd, "Shen sa." Jag tror att detta är framtiden för cryo-EM-fältet. "