Forskare har förklarat hur ett proteinskärande enzym kan sammanfoga ändarna av proteiner, skapa proteincirklar; ett fynd med omedelbara tillämpningar för att producera terapeutiska läkemedelsbehandlingar som publiceras i en studie i tidskriften med öppen tillgång eLife .

Det vanliga enzymet i centrum för studien kommer från den vanliga solrosen och lever ett dubbelliv – kan skära proteiner, men också förena dem. Tidigare, processen från skärning till sammanfogning förstods inte.

Forskare från University of Western Australia och University of Minnesota har äntligen gett en strukturell förklaring av hur solrosor gör superstabila proteinringar och genom slutledning, hur de många andra växterna med cirkulära proteiner gör det också.

Teamet och andra runt om i världen hade tidigare visat att enzymet kunde skära proteiner, och även att några få kan gå ihop dem ibland.

Genom att göra en proteinkristall av enzymet, det UWA-ledda teamet kunde titta på proteinets form i tre dimensioner och såg också en liten bit av protein fångat i enzymets "käkar" – det som kallas en tetraedrisk mellanprodukt. Denna informationen, kombinerat med experiment som introducerar mutationer i proteinet, förklarade hur enzymet tar en proteinsträng och skapar en proteinring med den.

Arbetet är av intresse för kemister och bioteknologer, särskilt på grund av det nuvarande intresset för cirkulariseringsprocessen för dess användning för att generera en mängd cirkulära proteinställningar som skulle kunna användas som terapeutiska läkemedelsbehandlingar.

Studien visar kristallstrukturen hos en aktiv form av enzymet som kallas AEP (asparaginylendopeptidas) från solrosfrön. Författarna tog direkt upp frågan om hur AEP faktiskt producerade cirkulära proteiner.

Huvudförfattare Dr Joel Haywood, en forskarassistent vid UWA:s School of Molecular Sciences sa att AEP-enzymer fanns i alla växter och att deras mest kända uppgift var att försvara växter från patogener och att mogna frölagerproteiner, men man trodde att vissa hade specialiserat sig på att producera cirkulära proteiner som var superstabila och stela.

"De flesta forskare tror att dessa proteinringar skyddar växter från skadedjur, " sa Dr Haywood.

"Vi hade turen att märka en tetraedrisk intermediär i strukturen. De är mycket sällsynta, men extremt hjälpsamt eftersom det är som att fånga enzymet när det skär och sammanfogar."

UWA labbchef Dr. Joshua Mylne sa att det som förvånade forskarna var att alla AEP till synes kunde cirkulera proteiner förutsatt att enzymet "aktiverades" ordentligt och fick rätt protein och förhållanden för att cirkulera.

"Vi visade detta med ett par AEP från växter som helt saknar cirkulära proteiner, " sa doktor Mylne.

"Nu har vi räknat ut hur man kristalliserar dessa enzymer och hur de fungerar, vi tittar på hur vi kan använda bakterier för att billigt skapa högeffektiva enzymer."

Dr. Mylne ledde teamet av australiensiska och amerikanska forskare som avslöjade enzymprocessen genom den australiensiska forskningsrådet-stödda studien "Strukturell grund för makrocyklisering av ribosomal peptid i växter."