Kierukkakierukka on proteiinien rakenteellinen motiivi, jossa 2-7 [1] alfaheliksiä on kierretty yhteen köysinauhan tavoin. ( Dimeerit ja trimeerit ovat yleisimpiä tyyppejä.) Monet kierteiset proteiinit osallistuvat tärkeisiin biologisiin toimintoihin, kuten geeniekspression säätelyyn – esimerkiksi transkriptiotekijöihin . Näkyviä esimerkkejä ovat onkoproteiinit c-Fos ja c-jun sekä lihasproteiini tropomyosiini .
Kyky muodostaa kierteisiä keloja α- keratiinille oli aluksi hieman kiistanalainen. Linus Pauling ja Francis Crick totesivat itsenäisesti, että se oli mahdollista suunnilleen samaan aikaan. Kesällä 1952 Pauling vieraili laboratoriossa Englannissa , jossa Crick työskenteli. Pauling ja Crick tapasivat ja keskustelivat eri aiheista; jossain vaiheessa Crick kysyi, pitikö Pauling "spiraalikeloja" (Crick loi termin), johon Pauling vastasi pitävänsä. Palattuaan Yhdysvaltoihin Pauling jatkoi aiheen tutkimusta. Hän päätteli spiraalikelojen olemassaolosta ja lähetti pitkän käsikirjoituksen Nature - aikakauslehteen lokakuussa . Paulingin poika Peter Pauling työskenteli samassa laboratoriossa kuin Crick ja kertoi hänelle tästä raportista. Crick uskoi, että Pauling oli varastanut hänen ideansa ja lähetti lyhyemmän kirjeen Naturelle muutama päivä Paulingin käsikirjoituksen vastaanottamisen jälkeen. Lopulta kiistan ja toistuvan kirjeenvaihdon jälkeen Crickin laboratorio totesi, että molemmat tutkijat olivat saavuttaneet idean itsenäisesti ja että henkistä varkautta ei ollut tapahtunut [2] . Muistiinpanossaan (joka julkaistiin ensin lyhyemmän pituutensa vuoksi) Crick ehdotti kierteistä kelaa sekä matemaattisia menetelmiä niiden rakenteen määrittämiseksi [3] . On huomionarvoista, että tämä tapahtui pian sen jälkeen, kun Linus Pauling ja hänen kollegansa ehdottivat alfaheliksin rakennetta vuonna 1951 [4] . Nämä tutkimukset julkaistiin keratiinisekvenssitietojen puuttuessa. Hanukoglu ja Fuchs tunnistivat ensimmäiset keratiinisekvenssit vuonna 1982 [5] [6]
Sekvenssiennusteen ja sekundäärisen rakenneanalyysin perusteella on tunnistettu helikaalisia keratiinidomeeneja [6] . Nämä mallit on vahvistettu keratiinien kierteisten domeenien rakenneanalyysillä [7] .
Kierukkakäämit sisältävät yleensä hxxhcxc toistuvan hydrofobisen ( h ) ja varautuneen ( c ) aminohappotähteen kuvion, jota kutsutaan heptad -toistoksi [8] . Heptad-toiston paikat merkitään yleensä abcdefg :llä , missä a ja d ovat hydrofobisia paikkoja, jotka ovat usein isoleusiinin , leusiinin tai valiinin vallassa . Sekvenssin taittaminen tällä toistuvalla motiivilla sekundaariseen alfakierteiseen rakenteeseen johtaa siihen, että hydrofobiset jäännökset esitetään "nauhana", joka kietoutuu varovasti kierteen ympärille vasenkätisesti muodostaen amfipaattisen rakenteen. Edullisin tapa sijoittaa kaksi tällaista heliksiä sytoplasman vedellä täytettyyn ympäristöön on kierrellä hydrofobisia ketjuja päällekkäin hydrofiilisten aminohappojen välissä. Siten hydrofobisten pintojen hautaaminen tarjoaa termodynaamisen voiman oligomeroitumiselle. Helix-helix-rajapinnan tiivistys on erittäin tiheä, ja tähteiden a ja d sivuketjujen välillä on lähes täydellinen van der Waals -kontakti. Tämän tiukan pakkauksen ennusti alun perin Francis Crick vuonna 1952 [3] , ja sitä kutsutaan "kahvojen täyttämiseksi reikiin".
α-heliksit voivat olla yhdensuuntaisia tai vastasuuntaisia ja niissä on yleensä vasenkätinen superheliksi (kuva 1). Luonnossa ja muokatuissa proteiineissa on myös havaittu useita oikeakätisiä kierteitä [9] .
Viruksen pääsy CD4-positiivisiin soluihin alkaa, kun glykoproteiini 120:n ( gp120 ) kolme alayksikköä sitoutuvat CD4-reseptoriin ja rinnakkaisreseptoriin. Glykoproteiini gp120 liittyy läheisesti gp41-trimeeriin van der Waalsin vuorovaikutusten kautta. Kun gp120 sitoutuu CD4-reseptoriin ja rinnakkaisreseptoriin, sarja konformaatiomuutoksia rakenteessa johtaa gp120:n dissosioitumiseen ja gp41 :n altistumiseen , samalla kun N-terminaalinen gp41-fuusiopeptidisekvenssi ankkuroi isäntäsoluun. . Jousikuormitteisen mekanismin tehtävänä on varmistaa, että viruksen ja solujen kalvot ovat riittävän lähellä toisiaan, jotta ne voivat sulautua. Jousikuormitetun mekanismin lähde on paljastetussa gp41 :ssä , joka sisältää kaksi peräkkäistä heptaditoistoa (HR1 ja HR2) proteiinin N-päässä olevan fuusiopeptidin jälkeen. HR1 muodostaa rinnakkaisen trimeerisen kierteisen käämin, jonka ympärille HR2-alue on kierretty, muodostaen hiusneulatrimeerin (tai kuuden kierteen nipun) rakenteen, mikä helpottaa kalvojen fuusiota tuomalla kalvot lähemmäksi toisiaan. Virus pääsee sitten soluun ja alkaa replikoitua. Äskettäin on kehitetty HR2:sta johdettuja inhibiittoreita, kuten Fuzeon (DP178, T-20), jotka sitoutuvat gp41:n HR1-alueeseen. HR1-peräisillä peptideillä on kuitenkin vähän viruksen estotehokkuutta johtuen näiden peptidien taipumuksesta aggregoitua liuoksessa. Näiden HR1-peräisten peptidien kimeerit, joissa on GCN4- leusiinivetoketjut , on kehitetty ja niiden on osoitettu olevan tehokkaampia kuin Fuzeon , mutta ne eivät ole vielä tulleet kliiniseen käytäntöön.
Spesifisen vuorovaikutuksensa vuoksi kierteisiä keloja voidaan käyttää "tunnisteina" stabiloimaan tai aikaansaamaan tietty oligomeroitumistila [10] . Kierteisen kelan vuorovaikutuksen on havaittu ohjaavan BBS2- ja BBS7-alayksiköiden oligomeroitumista [11] [12] .
Yleistä ongelmaa, joka liittyy proteiinin laskostetun rakenteen päättämiseen tietyllä aminohapposekvenssillä (ns. proteiinin laskostumisongelma ), ei ole ratkaistu. Kierukkakäämi on kuitenkin yksi suhteellisen pienestä määrästä taittomotiiveja, joiden sekvenssin ja lopullisen taittorakenteen välinen suhde on suhteellisen hyvin ymmärretty [13] [14] . Harbury et ai. suoritti maamerkkitutkimuksen käyttämällä arkkityyppistä kierukkakäämiä GCN4, jossa määritettiin säännöt, jotka säätelevät, kuinka peptidisekvenssi vaikuttaa oligomeeriseen tilaan (eli alfaheliksien lukumäärään lopullisessa kokoonpanossa) [15] [16] . GCN4-kierukkakäämi on 31 aminohapon (vastaa hieman yli neljää heptadia ) yhdensuuntainen, dimeerinen (eli koostuu kahdesta alfakierteestä ) kierukkakierukka, ja siinä on toistuva isoleusiini (tai I yksikirjaimisessa koodissa ) ja leusiini (L ) ) asemissa a ja d ja muodostaa dimeerisen kierteisen kelan. Kun aminohapot asemissa a ja d muutettiin I:stä a :ksi ja L:stä d I: ksi a :ksi ja I: ksi d :ksi, muodostui trimeerinen (kolme alfaheliksiä ) kierukkakäämi. Myös asennon L vaihtaminen asentoon a ja I:stä d :hen johti tetrameeriseen (neljä alfaheliksiä ) kierukkakäämiin. Ne ovat joukko sääntöjä kierteisen kelan oligomeeristen tilojen määrittämiseksi ja antavat tutkijoille mahdollisuuden tutkia tehokkaasti oligomerisaation käyttäytymistä. Toinen kierukkakierukkakokoonpanon näkökohta, joka on suhteellisen hyvin ymmärretty, ainakin dimeeristen kierukkakäämien tapauksessa, on se, että polaarisen jäännöksen (erityisesti asparagiini , N) sijoittaminen vastakkaisiin asentoihin käynnistää yhdensuuntaisen kierteisen kelakokoonpanon. Tämä vaikutus johtuu itsekomplementaarisesta vetysidoksesta näiden tähteiden välillä, mikä ei täyttyisi, jos N olisi paritettu esimerkiksi L:n kanssa vastakkaisessa heliksissä [17] .
Äskettäin Peacock, Picramenou ja kollegat ovat osoittaneet, että kierukkakäämit voidaan koota itse käyttämällä lantanidi(III)-ioneja matriisina, mikä luo uusia kuvantamisaineita [18] .
| Proteiinin toissijainen rakenne | ||
|---|---|---|
| Spiraalit | ||
| Laajennukset |
| |
| Supersekundaarinen rakenne | ||