Den spiralformade spolen är ett strukturellt motiv i proteiner där 2-7 [1] alfaspiraler är lindade ihop som rep. ( Dimerer och trimerer är de vanligaste typerna.) Många coiled-coil-proteiner är involverade i viktiga biologiska funktioner, som att reglera genuttryck - till exempel transkriptionsfaktorer . Framträdande exempel är onkoproteinerna c-Fos och c-jun och muskelproteinet tropomyosin .
Förmågan att bilda spiralformade spolar för α- keratin var från början något kontroversiell. Linus Pauling och Francis Crick drog oberoende av varandra slutsatsen att det var möjligt ungefär samtidigt. Sommaren 1952 besökte Pauling laboratoriet i England där Crick arbetade. Pauling och Crick träffades och pratade om olika ämnen; vid ett tillfälle frågade Crick om Pauling ansåg "spiralspolar" (Crick myntade termen), vilket Pauling svarade att han gjorde. När han återvände till USA, återupptog Pauling forskningen i ämnet. Han drog slutsatsen att spiralspolar existerade och skickade in ett långt manuskript till tidskriften Nature i oktober . Paulings son Peter Pauling arbetade i samma labb som Crick och berättade för honom om denna rapport. Crick trodde att Pauling hade stulit hans idé och skickade en kortare anteckning till Nature några dagar efter att ha mottagit Paulings manuskript. Så småningom, efter en del kontroverser och frekvent korrespondens, uppgav Cricks labb att idén hade nåtts oberoende av båda forskarna och att ingen intellektuell stöld hade inträffat [2] . I sin anteckning (som publicerades först på grund av dess kortare längd) föreslog Crick en spiralformad spole, såväl som matematiska metoder för att bestämma deras struktur [3] . Det är anmärkningsvärt att detta hände kort efter att Linus Pauling och hans kollegor föreslog strukturen för alfahelixen 1951 [4] . Dessa studier publicerades i frånvaro av keratinsekvensinformation. De första keratinsekvenserna identifierades av Hanukoglu och Fuchs 1982 [5] [6]
Baserat på sekvensförutsägelse och sekundär strukturanalys har spiralformade keratindomäner identifierats [6] . Dessa modeller har bekräftats genom strukturell analys av de spiralformade domänerna av keratin [7] .
Spiralspiraler innehåller vanligtvis ett hxxhcxc- repeterande mönster av hydrofoba ( h ) och laddade ( c ) aminosyrarester , kallad heptadupprepningen [8] . Positioner i heptadupprepningen betecknas vanligtvis abcdefg , där a och d är hydrofoba positioner som ofta upptas av isoleucin , leucin eller valin . Att vika sekvensen med detta repetitiva motiv till en sekundär alfa-helixstruktur resulterar i att de hydrofoba resterna presenteras som ett "band" som försiktigt sveper sig runt helixen på ett vänsterhänt sätt och bildar en amfipatisk struktur. Det mest fördelaktiga sättet att placera två sådana helixar i cytoplasmans vattenfyllda miljö är att slingra hydrofoba kedjor ovanpå varandra, inklämda mellan hydrofila aminosyror. Det är alltså nedgrävningen av hydrofoba ytor som ger den termodynamiska drivkraften för oligomerisering. Packningen vid helix-helix-gränssnittet är extremt tät, med nästan fullständig van der Waals - kontakt mellan sidokedjorna av resterna a och d. Denna täta packning förutspåddes ursprungligen av Francis Crick 1952 [3] och kallas "stoppa handtag i hål".
α-helixar kan vara parallella eller antiparallella och har vanligtvis en vänsterhänt superhelix (Fig. 1). Flera högerhänta spiralformade spolar har också observerats i naturen och i konstruerade proteiner [9] .
Viralt inträde i CD4-positiva celler börjar när de tre subenheterna av glykoprotein 120 ( gp120 ) binder till CD4-receptorn och co-receptorn. Glykoproteinet gp120 är nära associerat med gp41-trimeren genom van der Waals-interaktioner. När gp120 binder till CD4-receptorn och co-receptorn leder en serie konformationsförändringar i strukturen till dissociationen av gp120 och exponeringen av gp41 , samtidigt som den förankrar den N-terminala gp41-fusionspeptidsekvensen i värdcellen . Den fjäderbelastade mekanismen är ansvarig för att säkerställa att virusets membran och cellerna är tillräckligt nära varandra för att de kan smälta samman. Källan till den fjäderbelastade mekanismen ligger i exponerad gp41 , som innehåller två på varandra följande heptad-repetitioner (HR1 och HR2) efter fusionspeptiden vid proteinets N-terminal. HR1 bildar en parallell trimerisk spiralformad spole runt vilken HR2-regionen är lindad och bildar en hårnålstrimer (eller sex-helixbunt) struktur, vilket underlättar membranfusion genom att föra membranen närmare varandra. Viruset kommer sedan in i cellen och börjar replikera. Nyligen har inhibitorer härledda från HR2 såsom Fuzeon (DP178, T-20) för att binda till HR1-regionen av gp41 utvecklats. Emellertid har HR1-härledda peptider liten viral hämningseffektivitet på grund av dessa peptiders benägenhet att aggregera i lösning. Chimärer av dessa HR1-härledda peptider med GCN4 leucinblixtlås har utvecklats och visat sig vara mer potenta än Fuzeon , men har ännu inte kommit in i klinisk praxis.
På grund av deras specifika interaktion kan spiralformade spolar användas som "taggar" för att stabilisera eller tillhandahålla ett specifikt oligomeriseringstillstånd [10] . Den spiralformade spolinteraktionen har visat sig driva oligomeriseringen av BBS2- och BBS7-subenheterna [11] [12] .
Det allmänna problemet med att bestämma den veckade strukturen hos ett protein givet en given aminosyrasekvens (det så kallade proteinveckningsproblemet ) har inte lösts. Den spiralformade spolen är dock ett av ett relativt litet antal vikningsmotiv för vilka förhållandet mellan sekvensen och den slutliga vikningsstrukturen är relativt väl förstått [13] [14] . Harbury et al. utförde en landmärkestudie med den arketypiska spiralformade spolen, GCN4, där regler fastställdes som styr hur peptidsekvensen påverkar det oligomera tillståndet (dvs antalet alfaspiraler i den slutliga monteringen) [15] [16] . GCN4 spiralspolen är en 31-aminosyra (motsvarande drygt fyra heptader ) parallell, dimerisk (dvs sammansatt av två alfaspiraler ) spiralformad spiral och har en repeterande isoleucin (eller I i enbokstavskoden ) och leucin (L ) i positionerna a respektive d och bildar en dimer spiralformad spole. När aminosyrorna i positionerna a och d ändrades från I till a och L till d till I till a och I till d , bildades en trimerisk (tre alfa-helixar ) spiralformad spiral. Omkoppling av positioner L till a och från I till d resulterade också i en tetramerisk (fyra alfa-helix ) spiralformad spole. De är en uppsättning regler för att bestämma oligomertillstånden för en spiralformad spole och gör det möjligt för forskare att effektivt undersöka oligomeriseringens beteende. En annan aspekt av den spiralformade spolenheten som är relativt väl förstådd, åtminstone i fallet med dimera spiralformade spolar, är att placering av en polär rest (särskilt asparagin , N) i motsatta positioner initierar en parallell spiralformad spiralenhet. Denna effekt beror på en självkomplementär vätebindning mellan dessa rester, vilket inte skulle vara tillfredsställt om N parades till exempel med L på den motsatta helixen [17] .
Nyligen har Peacock, Picramenou och kollegor visat att spiralformade spolar kan självmonteras med hjälp av lantanid(III)-joner som en matris, vilket skapar nya avbildningsmedel [18] .
| Sekundär struktur av ett protein | ||
|---|---|---|
| Spiraler | ||
| Tillägg |
| |
| Supersekundär struktur | ||