EN

Biologisten valosensoreiden toiminnasta uutta tietoa atomitasolla

02.05.14

Janne Ihalaisen (Jyväskylän yliopisto) ja Sebastian Westenhoffin (Göteborgin yliopisto) tutkimusryhmät ovat selvittäneet, miten bakteerien punavalosensorin atomirakenne muuttuu sen havainnoidessa valoa. Tutkimus paljastaa fytokromiproteiinin rakenteellisia yksityiskohtia valon aiheuttaman reaktion alussa pimeässä ja lopussa, valotetussa muodossa.

– Tutkimustulos havainnollistaa ainutlaatuisella tavalla proteiinien kykyä muuttaa rakennettaan toimintansa eri vaiheissa. Tämä auttaa ymmärtämään biologisten valosensoreiden toimintaa. Proteiinin toiminnan mallintaminen ja hyödyntäminen helpottuu huomattavasti, kun niiden rakenteet, rakennemuutokset ja muutosten nopeudet ovat tiedossa, Ihalainen kertoo.

Valosensoreiden toimintaa hyödynnetään jo nyt muilla tieteenaloilla, erityisesti neurotieteissä. Kontrolloiduilla, valolla ohjattavilla reaktioilla voidaan saavuttaa uusia läpimurtoja solun reaktioiden tutkimuksessa ja muun muassa lääketieteellisissä sovelluksissa, kuten valoterapiassa tai molekyylidiagnostiikassa.
Eliöt aistivat valoa eri aallonpituuksilla sensoriproteiineillaan. Esimerkiksi nisäkkäillä on silmissä rodopsiiniproteiineja. Kasveilla, sienillä ja bakteereilla on sensoriproteiineina muun muassa fytokromeja, jotka tunnistavat punaista valoa ja aktivoivat näin solujen toimintaa. Näiden valosensoreiden tehtävät ymmärrettiin jo 70–80-luvulla, mutta niiden toimintamekanismia ei tunneta molekyylitasolla.

Apuna uraauurtava menetelmä

Rakennemuutosten tutkimiseen liuostilassa käytettiin ns. aika-erotteista laajakulma röntgensirontatekniikkaa, mikä soveltuu isoille proteiinikomplekseille. Tämä Tr-WAXS on suhteellisen uusi tekniikka. Menetelmällä saadun kokeellisen datan yhdistäminen molekyylidynamiikkasimulaatioihin on uraauurtavaa.

– Toivottavasti myös muut tr-WAXS:a käyttävät ryhmät ottaisivat esittämämme analysointitekniikan testaukseen, Ihalainen ehdottaa.

Fytokromin valoherkät rakenteet selvitettiin sekä kidemuodossa että liukoisessa muodossa. Kiderakenteista nähdään, että punaisen valon absorption aiheuttama yksittäisten atomien pieni liike (0,2 nm) voimistuu atomimittakaavassa laajoihin (3 nm) muutoksiin proteiinin kokonaisrakenteessa. Tämä vahvistusmekanismi mahdollistaa valon aiheuttaman signaalin välittymisen proteiinilta toiselle erittäin
nopeasti ja tarkalla toistotarkkuudella. Signaalin välitys proteiinilta
toiselle taas saa aikaan solutason muutoksia eliössä.

Ihalaisen tutkimusryhmän hanketta, Uusia strategioita proteiinien konformaatiomuutoksien detektoinitiin reaaliajassa, on rahoittanut Suomen Akatemia.

Artikkeli on julkaistu Nature-lehdessä: http://dx.doi.org/10.1038/nature13310

 

Lisätietoja:
Professori Janne Ihalainen, Jyväskylän yliopisto
janne.ihalainen@jyu.fi, 040 024 7979

Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »