Structure and Mechanism of a Prion-remodeling Factor

朊病毒重塑因子的结构和机制

基本信息

  • 批准号:
    8531529
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.69万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-07-01 至 2017-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Prions are unconventional, highly infectious agents, which are composed entirely of a protein that adopts an abnormal conformation. In mammals, prion-mediated infections are responsible for several devastating and invariably fatal neurodegenerative diseases, collectively known as transmissible spongiform encephalopathies. A hallmark of prion diseases is the presence of amyloids, which are also associated with the pathology of non-prion diseases, ranging from Alzheimer's and Huntington's disease to systemic amyloidosis. The broad and long-term research objective is to uncover the functional role of molecular chaperones in prion replication. Yeast provides an excellent paradigm to investigate the mechanism of prion replication. [PSI+] is a yeast prion that increases translational read-through of nonsense codons. Like mammalian prions, [PSI+] consist entirely of protein and is formed by self-replicating amyloid conformers of the evolutionary conserved translation termination factor Sup35p (eRF3). The inheritance and maintenance of [PSI+] are governed by Hsp104, a 600-kDa, ring-forming ATP-dependent, protein-remodeling machine, which cooperates with the Hsp70 chaperone system in prion replication and protein disaggregation. The objective of this research is to provide a detailed mechanistic understanding of the prion-remodeling and protein disaggregating activities of Hsp104 and its bacterial homolog ClpB. Three specific aims are proposed: 1) to determine the 3D structure of an Hsp104-substrate complex, 2) to investigate the synergistic interaction between Hsp104 and Hsp70/Hsp40, and 3) to elucidate the mechanism of protein disaggregation and prion replication by the Hsp104 bi-chaperone system. To address our research questions, we will use a multi-facet approach consisting of hybrid structural biology methods, proteomic and chemical biology techniques, and yeast genetics. The combination of these methods provides a powerful approach to yield new mechanistic insight into the structure-function relationship of this remarkable family of ATP-dependent molecular machines in order that this information might be exploited to engineer new nano-machines with novel biological activities with potential applications in biotechnology and nano-medicine.
描述(由申请人提供):朊病毒是非常规的、高度传染性的病原体,其完全由采用异常构象的蛋白质组成。在哺乳动物中,朊病毒介导的感染导致几种毁灭性且致命的神经退行性疾病,统称为传染性海绵状脑病。朊病毒疾病的一个标志是淀粉样蛋白的存在,淀粉样蛋白也与非朊病毒疾病的病理学相关,从阿尔茨海默病、亨廷顿病到系统性淀粉样变性。广泛而长期的研究目标是揭示分子伴侣在朊病毒复制中的功能作用。酵母为研究朊病毒复制机制提供了一个极好的范例。 [PSI+] 是一种酵母朊病毒,可增加无义密码子的翻译通读。与哺乳动物朊病毒一样,[PSI+] 完全由蛋白质组成,由进化保守的翻译终止因子 Sup35p (eRF3) 的自我复制淀粉样蛋白构象异构体形成。 [PSI+] 的遗传和维持由 Hsp104 控制,Hsp104 是一种 600 kDa、成环 ATP 依赖性蛋白质重塑机器,它与 Hsp70 伴侣系统合作进行朊病毒复制和蛋白质解聚。本研究的目的是提供对 Hsp104 及其细菌同源物 ClpB 的朊病毒重塑和蛋白质解聚活性的详细机制了解。提出了三个具体目标:1) 确定 Hsp104-底物复合物的 3D 结构,2) 研究 Hsp104 和 Hsp70/Hsp40 之间的协同相互作用,3) 阐明 Hsp104 蛋白质解聚和朊病毒复制的机制双伴侣系统。为了解决我们的研究问题,我们将采用多方面的方法,包括混合结构生物学方法、蛋白质组学和化学生物学技术以及酵母遗传学。这些方法的结合提供了一种强大的方法,可以对这一非凡的 ATP 依赖性分子机器家族的结构-功能关系产生新的机制洞察,以便利用这些信息来设计具有潜在生物活性的新型纳米机器。生物技术和纳米医学中的应用。

项目成果

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